CA2972650C - Foyer a combustible solide - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
- F23B10/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers
- F23B10/02—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers including separate secondary combustion chambers
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Abstract
Description
Objet de l'invention [0001] La présente invention se rapporte à un foyer à combustible solide comportant un brûleur étagé.
Arrière-plan technologique et état de la technique
mise en contact avec le combustible dans ces différentes phases.
Dans ce document, le dispositif d'alimentation en air secondaire a la configuration d'un tronc de cône à double enveloppe, l'enveloppe interne étant percée de trous permettant la distribution d'air secondaire à l'intérieur du tronc de cône traversé par les gaz de la chambre de combustion primaire. Ce système a pour inconvénient qu'il a été
optimisé
pour obtenir une bonne combustion au détriment de l'esthétique de la flamme.
En effet, les nombreux trous d'amenée d'air secondaire à l'intérieur du tronc de cône vont donner lieu à des petites flammes inesthétiques dans la chambre de combustion secondaire. Or, dans certaines applications comme celles des foyers comportant une vitre permettant une vision de la flamme, il est non seulement important d'optimiser la combustion mais également de veiller à l'esthétique de la flamme. Lors du choix d'un foyer, le consommateur sera notamment sensible à la couleur (idéalement jaune-orange), à la taille (la plus grande possible par rapport à la chambre de combustion) et à la vigueur (idéalement calme et dansante) de celle-ci.
sur une chambre de combustion afin d'enlever le monoxyde de carbone. Dans ce dispositif, de l'air secondaire est introduit dans un passage autour d'un corps conique dans lequel les gaz de combustion circulent. Grâce au mouvement ascendant des gaz de combustion et de l'air secondaire, ces derniers se mélangent au-dessus du corps conique avant d'entrer en contact avec une couche de catalyseur.
L'ailette permet d'éviter que les particules du combustible ne retombent dans la vis d'alimentation et ne soient broyées en des plus petites particules.
Buts de l'invention
Brève description des figures
la figure 2, les ouvertures pratiquées dans le plateau pour l'introduction d'air primaire se présentent sous forme d'orifices circulaires alors qu'a la figure 3, elles se présentent sous forme de rainures.
supérieure du premier corps creux est lisse et ce dernier ne comporte pas de disque. La figure 5 représente ce même agencement avec l'extrémité supérieure du premier corps creux présentant une découpe sous forme sinusoïdale.
l'intérieur du conduit d'air secondaire.
[0020] La présente invention se rapporte à un foyer à combustible solide comprenant un brûleur étagé avec un étage inférieur où se déroule, en utilisation, une combustion primaire du combustible solide et avec un étage supérieur où se déroule, en utilisation, une combustion secondaire des gaz issus de la combustion primaire, ledit brûleur comprenant à l'étage supérieur :
- un premier corps creux destiné à accueillir dans son volume intérieur les gaz issus de la combustion primaire, ledit premier corps creux comportant une partie conique ou étant entièrement de forme conique, et - un conduit d'amenée d'air secondaire disposé autour dudit premier corps creux et débouchant à son extrémité supérieure, ledit conduit étant délimité, d'une part, par le premier corps creux et, d'autre part, par une paroi de forme sensiblement complémentaire à celle du premier corps creux afin d'assurer une injection parallèle de l'air secondaire le long du premier corps creux.
[0021]
Selon des modes particuliers de l'invention, le foyer comporte au moins une ou une combinaison appropriée des caractéristiques suivantes :
- l'extrémité supérieure du premier corps creux où débouche le conduit d'amenée d'air secondaire présente une découpe sous forme d'une succession de saillies et de creux ;
- le premier corps creux est surmonté d'un second corps creux ;
- le premier corps creux est partiellement rapporté à l'intérieur du second corps creux dans une zone dite de recouvrement, le second corps creux faisant office de paroi délimitant le conduit d'amenée d'air dans la zone de recouvrement ;
- dans la zone de recouvrement, le premier corps creux et le second corps creux sont respectivement de forme convergente dans la direction de déplacement des gaz;
- dans la zone de recouvrement, le premier corps creux et le second corps creux sont respectivement de forme divergente dans la direction de déplacement des gaz;
- le second corps creux est de forme divergente en sortie de l'étage supérieur afin d'élargir et ralentir l'écoulement des gaz de pyrolyse ;
-l'extrémité supérieure du premier corps creux comporte une partie conique convergente ou divergente ou une partie cylindrique surmontant la partie conique inférieure ;
- l'extrémité supérieure du premier corps creux où débouche le conduit d'amenée d'air secondaire présente une découpe en dents de scie, une découpe de forme sinusoïdale ou une découpe en forme de créneaux ;
- le premier corps creux et/ou le second corps creux comportent dans leur volume intérieur un élément perturbateur assurant une recirculation des gaz au-dessus dudit élément perturbateur ;
- il comporte des ailettes de guidage obliques disposées dans le conduit d'amenée d'air secondaire et/ou dans le volume intérieur du premier corps creux afin d'induire respectivement un mouvement circulaire à l'air secondaire et au gaz de pyrolyse ;
- les ailettes de guidage sont positionnées autour de l'élément perturbateur ;
- les ailettes de guidage sont disposées à un angle compris entre 15 et 45 ;
- l'étage inférieur du brûleur comporte un plateau et une vis sans fin permettant l'alimentation en combustible solide sur ledit plateau ;
- le plateau comporte des ouvertures permettant l'introduction d'air primaire ;
- le plateau est configure pour que les cendres générées par la combustion primaire tombent par débordement du plateau ;
- le plateau comporte deux grilles superposées comportant chacune des parties ajourées de forme complémentaire, une première grille en position supérieure étant montée mobile en rotation par rapport à une seconde grille en position inférieure, ledit foyer comportant un mécanisme d'actionnement assurant la rotation de la grille supérieure pour permettre la mise en vis-à-vis des parties ajourées de chaque grille et ainsi l'évacuation des cendres ;
- le mécanisme d'actionnement comporte une tige verticale solidaire de la première grille et une tige horizontale montée mobile et solidaire de la tige verticale, le déplacement de la tige horizontale entrainant la mise en rotation de la première grille ;
- il comporte un système d'allumage, ledit système comportant un fourreau métallique muni d'un orifice, un élément chauffant inséré dans ledit fourreau métallique, un volume intérieur au foyer connecté à l'orifice et destiné à
être alimenté
en air extérieur qui est, en utilisation, chauffé par l'élément chauffant avant d'être injecté au sein de l'étage inférieur du brûleur.
Description détaillée de l'invention [0022] La présente invention se rapporte à un foyer de type poêle ou insert à
combustible solide tels que des pellets, du charbon, des biocombustibles, etc.
supérieure du premier corps creux 4 (voir figures 1,4 et 5). Dans cette configuration, l'air secondaire est préchauffé par contact avec les parois chaudes du premier corps creux.
celle du premier corps creux. Ainsi, le premier corps creux convergent est rapporté à
l'intérieur de la partie inférieure convergente du second corps creux.
la partie divergente, elle conduit à un élargissement et à un ralentissement de l'écoulement à la sortie du brûleur. Ceci permet d'augmenter le temps de présence des gaz en zone chaude afin d'en assurer la combustion complète et d'obtenir une flamme large et calme ce qui en optimise le caractère esthétique. Selon une variante de l'invention (non représentée), le second corps creux peut être entièrement de forme divergente dans la direction de déplacement des gaz. Dans ce cas, le premier corps creux est également de forme divergente dans la direction de déplacement des gaz afin d'assurer l'injection tangentielle.
Selon l'invention et comme déjà expliqué, le premier corps creux 4 comporte une partie conique qui délimite le conduit d'amenée d'air et permet son injection tangentielle. L'extrémité supérieure de ce premier corps creux 4 peut présenter une découpe particulière qui permet d'optimiser le mélange entre l'air secondaire et les gaz de pyrolyse. La découpe se présente sous forme d'une succession de creux et de crêtes.
Par exemple, l'extrémité supérieure du premier corps creux 4 peut présenter une forme sinusoïdale représentée aux figures 5, 6 et 9. En variante, elle peut être en forme de dents de scie ou de créneaux (voir respectivement les figures 8 et 7).
L'extrémité
supérieure est soit de forme convergente s'inscrivant dans la continuité de la partie conique comme montré à la figure 9 ou peut présenter comme illustré aux figures 6 à 8 une partie cylindrique ou conique divergente (non représenté). En d'autres mots, le premier corps creux comporte une partie conique surmontée à son extrémité
supérieure d'une partie conique convergente ou divergente ou d'une partie cylindrique.
Selon l'invention, les trois types de découpe s'appliquent quelle que soit la forme de l'extrémité supérieure (conique ou cylindrique).
Optionnellement, un élément perturbateur 9 visible entre autres aux figures 1 et 9 peut être monté à l'intérieur du premier corps creux 4. Il peut se présenter sous forme de disque, d'anneau, d'étoile, etc. et a pour fonction de favoriser la recirculation des gaz de pyrolyse au-dessus de l'élément perturbateur comme simulé à la figure 10 (l'élément perturbateur sous forme de disque étant schématisé par un espace blanc). Il peut être monté à l'intérieur du premier corps creux comme illustré dans les figures mais également à l'intérieur du second corps creux avec pour même fonction de favoriser le mélange des gaz.
Toujours dans un souci d'optimisation du mélange, des ailettes de guidage 10 obliques, avec un angle compris entre 150 et 45 , peuvent être disposées au niveau du canal 8 d'air secondaire comme montré entre autres aux figures 11 et 12 et/ou entre l'élément perturbateur 9 et la paroi intérieure du premier corps creux 4 comme montré
entre autres aux figures 13 et 14. Elles peuvent être ajoutées afin d'induire un mouvement circulaire à l'écoulement et ainsi favoriser le mélange des gaz et élargir la flamme en sortie de brûleur.
Concernant le système d'allumage, il peut selon une variante de l'invention être composé d'un élément chauffant 13 inséré dans un fourreau métallique 14 fermé
par une paroi à son extrémité supérieure et par l'élément chauffant à son extrémité
inférieure (voir figure 15). Un orifice 15 ménagé dans la partie inférieure du fourreau ainsi qu'un conduit 16 connecté à la partie supérieure du fourreau permettent une circulation d'air venant du volume 17 alimenté en air extérieur. Au contact de l'élément chauffant 13, l'air se réchauffe et est injecté au niveau du plateau brûleur 1. Le fait de prélever l'air dans le volume 17 et non dans la pièce permet d'optimiser l'étanchéité de 5 l'appareil.
Finalement, on précisera que les cendres générées par la combustion tombent du plateau brûleur 1 par débordement et que le dispositif peut comporter un mécanisme permettant de faciliter l'évacuation des cendres du plateau bruleur 1 vers le cendrier 11.
10 [0034]
Selon une alternative présentée aux figures 16 à 18, le plateau brûleur 1 comporte deux grilles 18,19 superposées munies chacune d'ouvertures 5 pour l'arrivée d'air primaire et de parties ajourées 22 de forme complémentaire. La grille en position inférieure 18 est stationnaire tandis que la grille en position supérieure 19 est montée mobile en rotation autour du centre du plateau brûleur. Sous l'effet d'un mécanisme d'actionnement décrit ci-dessous, les parties ajourées 22 de la grille supérieure sont amenées en vis-à-vis des parties ajourées 22 de la grille inférieure afin d'assurer l'évacuation des cendres. La grille supérieure 19 est actionnée par l'intermédiaire de la tige verticale 20 laquelle est solidaire de la tige horizontale 21, l'actionnement avant arrière de la tige horizontale assurant la mise en rotation de la grille supérieure par rapport à la grille inférieure. On précisera que la présente invention couvre également la variante où l'actionnement est assuré par un moteur.
Avantages de l'invention [0035]
L'absence d'orifices latéraux dans le premier corps creux et la maitrise des conditions d'écoulement à la sortie du brûleur grâce à la zone divergente du second corps creux permettent d'obtenir une grande flamme calme et dansante de couleur orange.
[0036] L'injection dans une direction parallèle à la paroi du premier corps creux assure une mise en contact progressive des gaz issus de la combustion primaire avec l'air secondaire et dès lors une combustion progressive des gaz de pyrolyse.
Ceci permet d'obtenir une flamme longue ainsi qu'un écoulement relativement calme en aval de n l'injecteur d'air secondaire. D'autre part, l'injection parallèle induit un effet d'entrainement de l'écoulement primaire, c.à.d. des gaz de pyrolyse, par l'écoulement secondaire, ce qui permet de modeler la flamme en fonction de l'orientation de l'injection secondaire.
[0037] La découpe particulière du premier corps creux permet, d'une part, de créer de la turbulence aux endroits de mise en contact entre les gaz issus de la combustion primaire avec l'air secondaire. Ceci favorise le mélange au niveau de la zone de réaction et permet d'obtenir une combustion complète. Elle permet, d'autre part, d'obtenir une section de passage des gaz issus de la combustion primaire conduisant à un écoulement calme tout en guidant les gaz afin de permettre le modelage de la flamme.
[0038] Grâce à l'optimisation des conditions de réaction entre les gaz de pyrolyse et l'oxygène, le rendement de combustion est amélioré et l'émission de gaz polluants est réduite.
[0039] II n'y a pas de perturbation de la flamme et de génération de scories induites par la chute des granulés comme observé dans les systèmes à approvisionnement à
l'aide d'un bec verseur par le haut.
[0040] L'esthétique du bruleur est optimisée grâce à sa forme et à
l'absence d'éléments mécaniques visibles dans la chambre de combustion.
Claims (18)
se déroule, en utilisation, une combustion secondaire des gaz issus de la combustion primaire, ledit brûleur comprenant à l'étage supérieur - un premier corps creux destiné à accueillir dans son volume intérieur les gaz issus de la combustion primaire, ledit premier corps creux comportant une partie conique, et - un conduit d'amenée d'air secondaire disposé autour dudit premier corps creux et débouchant à son extrémité supérieure, ledit conduit étant délimité, d'une part, par le premier corps creux et, d'autre part, par une paroi de forme sensiblement complémentaire à
celle du premier corps creux afin d'assurer une injection parallèle de l'air secondaire le long du premier corps creux, dans lequel l'extrémité supérieure du premier corps creux où débouche le conduit d'amenée d'air secondaire présente une découpe sous forme d'une succession de saillies et de creux.
une seconde grille en position inférieure, ledit foyer comportant un mécanisme d'actionnement assurant la rotation de la grille supérieure pour permettre la mise en vis-à-vis des parties ajourées de chaque grille et ainsi l'évacuation des cendres.
l'orifice et destiné à
être alimenté en air extérieur qui est, en utilisation, chauffé par l'élément chauffant avant d'être injecté au sein de l'étage inférieur du brûleur.
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- 2015-02-12 CA CA2972650A patent/CA2972650C/fr active Active
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