BE1023167B1

BE1023167B1 - Foyer a combustible solide

Info

Publication number: BE1023167B1
Application number: BE2014/0096A
Authority: BE
Inventors: Gérard Pitance
Original assignee: Stuv Sa
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2016-12-08
Also published as: EP3108180B1; EP3108180A1; CA2972650A1; CA2972650C; WO2015121331A1

Abstract

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 (12) issus de la combustion primaire, ledit brûleur comprenant à l'étage supérieur: - un premier corps creux (4) destiné à accueillir dans son volume intérieur les gaz (12) issus de la combustion primaire, ledit premier corps creux (4) étant de forme conique, et - un conduit (8) d'amenée d'air secondaire disposé autour dudit premier corps creux (4) et débouchant à son extrémité supérieure, ledit conduit (8) étant délimité, d'une part, par le premier corps creux (4) et, d'autre part, par une paroi de forme sensiblement complémentaire à celle du premier corps creux (4) afin d'assurer une injection parallèle de l'air secondaire le long du premier corps creux (4).

Description

FOYER A COMBUSTIBLE SOLIDE

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 [0002] La combustion des combustibles solides a ceci de spécifique qu'elle se décompose en deux étapes. Une première phase se déroule au niveau du lit de combustible qui, porté à haute température, se décompose en gaz combustible, d'une part, et, en carbone solide, d'autre part. Ce même carbone solide se consume en présence d'oxygène ce qui permet de maintenir le lit de combustible à haute température et d'entretenir le phénomène de pyrolyse. Une fois libérés, les gaz de pyrolyse peuvent eux aussi être brûlés. Pour ce faire, il est nécessaire qu'ils soient mis en présence d'oxygène, mélangés à celui-ci et portés à une température élevée pendant un laps de temps suffisant pour que la combustion puisse être complète.

[0003] Afin d'optimiser la combustion et de limiter au maximum les émissions de gaz polluants, il est nécessaire d'étager la distribution d'air afin de maîtriser la quantité mise en contact avec le combustible dans ces différentes phases.

[0004] Ainsi, le document EP 0 401 205 B1 divulgue une chaudière avec une chambre de combustion primaire, une chambre de combustion secondaire et des dispositifs respectifs de transmission d'air primaire et d'air secondaire. 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.

Buts de l'invention [0005] La présente invention vise à réaliser un foyer dont l'agencement des différentes pièces constitutives du brûleur permet d'obtenir une combustion optimisée tout en assurant les qualités esthétiques de la flamme.

Brève description des figures [0006] La figure 1 représente une vue en coupe du brûleur au sein du foyer selon l'invention.

[0007] Les figures 2 et 3 représentent une vue du dessus des plateaux brûleurs. A la figure 2, les ouvertures pratiquées dans le plateau pour l'introduction d'air primaire se présentent sous forme d'orifices circulaires alors qu'à la figure 3, elles se présentent sous forme de rainures.

[0008] La figure 4 représente en coupe un zoom sur l'agencement du premier corps creux et du second corps creux accueillants les gaz de pyrolyse issus de la combustion primaire. Les flux d'air primaire, d'air secondaire ainsi que les gaz de pyrolyse sont schématiquement représentés par des flèches. Dans çette variante, l'extrémité supérieure du premier corps creux est lisse et ce dernier ne comporte pas de disque.

[0009] La figure 5 représente également en coupe un zoom sur l'agencement du premier corps creux et du second corps creux accueillants les gaz de pyrolyse issus de la combustion primaire. Dans cette variante, l'extrémité supérieure du premier corps creux est de forme sinusoïdale et un disque est positionné à l'intérieur du premier corps creux.

[0010] La figure 6 représente une variante de la figure 4 avec un disque monté à l'intérieur du premier corps creux.

[0011] La figure 7 illustre à l'aide d'une simulation l'injection tangentielle d'air secondaire dans le conduit formé par la paroi du premier corps creux d'une part, et par la paroi du second corps creux d'autre part, ainsi que l'effet de méJange par recirculation des gaz de pyrolyse au-dessus du disque disposé à l'intérieur du premier corps creux.

[0012] La figure 8 représente une vue du dessus des ailettes de guidage disposées dans le conduit d'air secondaire. La figure 9 représente les mêmes ailettes dans une vue en coupe.

[0013] La figure 10 représente une vue du dessus des ailettes de guidage disposées à l'intérieur du premier corps creux autour du disque. La figure 11 représente les mêmes ailettes dans une vue en coupe avec dans cette variante également des ailettes à l'intérieur du conduit d'air secondaire. Légende (1) Plateau brûleur (2) Vis d'alimentation (3) Bougie d'allumage (4) Premier corps creux (5) Ouverture ménagée dans le plateau brûleur (6) Amenée d'air primaire (7) Second corps creux (8) Conduit d'amenée d'air secondaire (9) Elément perturbateur, aussi appelé obstacle (10) Ailette de guidage (11) Cendrier (12) Gaz de pyrolyse

Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0014] On utilisera par la suite les termes "inférieur", "supérieur", "au-dessus", "en dessous" qui sont à considérer relativement par rapport au mouvement ascendant de l'air ou des gaz de combustion. On utilisera également l'expression "de forme sensiblement complémentaire" pour désigner des parois parallèles ou presque parallèles entre elles comme montré, par exemple, à la figure 4 dans la zone de recouvrement où le premier corps creux est rapporté à l'intérieur du second corps creux.

[0015] 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 étant 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.

[0016] Selon des modes particuliers de l'invention, le foyer comporte au moins une ou une combinaison appropriée des caractéristiques suivantes : le premier corps creux est surmonté d'ün 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 où débouche le conduit d'amenée d'air secondaire présente une découpe en dents de scie ; l'extrémité supérieure du premier corps creux où débouche le conduit d'amenée d'air secondaire présente une découpe de forme sinusoïdale ou 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 configuré pour que les cendres générées par la combustion primaire tombent par débordement du plateau.

Description détaillée de l'invention [0017] 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.

[0018] Le foyer selon l'invention comporte un brûleur étagé, c'est-à-dire un brûleur avec une combustion en deux étapes.

[0019] Le brûleur représenté à la figure 1 comporte dans sa partie inférieure un plateau 1 sur lequel est amené le combustible par l'intermédiaire d'une vis d'alimentation 2. Au-dessus du plateau brûleur 1 est positionnée une bougie d'allumage 3 qui, lors de la phase d'allumage, souffle de l'air chaud à très haute température sur le combustible et conduit à l'embrasement de ce dernier. La température très élevée présente dans le volume compris entre le plateau brûleur 1 et le premier corps creux 4 va conduire à la décomposition du combustible en gaz de pyrolyse et en carbone solide {phénomène de pyrolyse).

[0020] Le plateau brûleur 1 est pourvu d'ouvertures 5 se présentant sous forme d'orifices circulaires ou de rainures, permettant l'introduction d'air primaire 6 qui alimente la combustion du carbone solide issu de la pyrolyse (voir figures 2, 3 et 4).

[0021] Une fois produits, les gaz de pyrolyse 12 pénètrent dans le premier corps creux 4 puis dans un second corps creux 7 (voir figure 4). Le premier corps creux 4 est de forme conique et le second corps creux 7 comporte une ou plusieurs parties de forme conique. Tel qu'illustré à la figure 4, le premier corps creux 4 est de forme conique convergente dans la direction de déplacement des gaz de pyrolyse et le second corps creux 7 comporte deux parties coniques successivement convergente et divergente dans la direction de déplacement des gaz conduisant à une dépression à la limite des zones convergente et divergente par effet venturi. L'air secondaire est injecté parallèlement le long du premier corps creux 4 dans un conduit oblique 8 débouchant sur l'extrémité supérieure du premier corps creux 4 (voir figures 1 et 4). Dans cette configuration, l'air secondaire est préchauffé par contact avec les parois chaudes du premier corps creux.

[0022] De préférence, la partie supérieure du premier corps creux 4 est rapportée à l'intérieur du second corps creux 7 de manière à ce que le conduit 8 soit formé, d'une part, par la paroi extérieure du premier corps creux 4 et, d'autre part, par la paroi intérieure du second corps creux 7. Pour assurer l'injection parallèle de l'air secondaire, qu'on qualifiera également d'injection tangentielle, le second corps creux comporte dans sa partie inférieure une partie de forme sensiblement complémentaire à 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.

[0023] Tel qu'illustré à la figure 4, Ja paroi intérieure du second corps creux 7 comporte les parties convergente et divergente précitées jointes par une zone sensiblement cylindrique. Cette succession de parties convergente, cylindrique et divergente peut être composée d'une combinaison de volumes coniques ou être de forme torique. Comme mentionné précédemment, la partie convergente délimite le conduit 8 afin d'assurer une injection tangentielle d'air secondaire. Quant à 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.

[0024] L'extrémité supérieure du premier corps creux 4 peut optionnellement présenter une découpe particulière qui permet d'optimiser le mélange entre l'air secondaire et les gaz de pyrolyse. Comme montré à la figure 5, l'extrémité supérieure du premier corps creux 4 peut présenter une forme sinusoïdale. En variante, elle peut être en forme de dents de scie ou de créneaux (non représenté).

[0025] Optionnellement, un élément perturbateur 9 visible entre autres aux figures 1, 5 et 6 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 7 (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.

[0026] Toujours dans un souci d'optimisation du mélange, des ailettes de guidage 10 obliques, avec un angle compris entre 15° et 45°, peuvent être disposées au niveau du canal 8 d'air secondaire comme montré' aux figures 8 et 9 et/ou entre l'élément perturbateur 9 et la paroi intérieure du premier corps creux 4 comme montré aux figures 10 et 11. 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.

[0027] 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.

Avantages de l'invention [0028] L'absence d'orifices latéraux dans le premier corps creux et la maîtrise 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.

[0029] 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 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.

[0030] 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.

[0031] Il 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.

[0032] L'esthétique du bruleur est optimisée grâce à sa forme et à l'absence d'éléments mécaniques visibles dans la chambre de combustion.

Claims

REVENDICATIONS

1. 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 (12) issus de la combustion primaire, ledit brûleur comprenant à l'étage supérieur : un premier corps creux (4) destiné à accueillir dans son volume intérieur les gaz (12) issus de la combustion primaire, ledit premier corps creux (4) étant de forme conique, et un conduit (8) d'amenée d'air secondaire disposé autour dudit premier corps creux (4) et débouchant à son extrémité supérieure, ledit conduit (8) étant délimité, d'une part, par le premier corps creux (4) et, d'autre part, par une paroi de forme sensiblement complémentaire à celle du premier corps creux (4) afin d'assurer une injection parallèle de l'air secondaire le long du premier corps creux (4), caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du premier corps creux (4) où débouche le conduit (8) d'amenée d'air secondaire présente une découpe de forme sinusoïdale, une découpe en dents de scie ou une découpe en forme de créneaux.
2. Foyerselon la revendication 1, comprenant un second corps creux (7) , le premier corps creux (4) étant surmonté dudit second corps creux (7).
3. Foyer selon la revendication 2, dans lequel le premier corps creux (4) est partiellement rapporté à l'intérieur du second corps creux (7) dans une zone dite de recouvrement, le second corps creux (7) faisant office de paroi délimitant le conduit (8) d'amenée d'air dans la zone de recouvrement.
4. Foyer selon la revendication 3, dans lequel, dans la zone de recouvrement, le premier corps creux (4) et le second corps creux (7) sont respectivement de forme convergente dans la direction de déplacement des gaz (12).
5. Foyer selon la revendication 3, dans lequel, dans la zone de recouvrement, le premier corps creux (4) et le second corps creux (7) sont respectivement de forme divergente dans la direction de déplacement des gaz (12).
6. Foyer selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le second corps creux (7) est de forme divergente en sortie de l'étage supérieur afin d'élargir et ralentir l'écoulement des gaz de pyrolyse (12).
7. Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier corps creux (4) et/ou le second corps creux (7) comportent dans leur volume intérieur un élément perturbateur (9) assurant une recirculation des gaz (12) au-dessus dudit élément perturbateur (9).
8. Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des ailettes de guidage (10) obliques disposées dans le conduit (8) d'amenée d'air secondaire et/ou dans le volume intérieur du premier corps creux (4) afin d'induire respectivement un mouvement circulaire à l'air secondaire et au gaz (12).
9. Foyer selon la revendication 8, dans lequel les ailettes de guidage (10) sont positionnées autour de l'élément perturbateur (9).
10. Foyer selon la revendication 8 ou 9, dans lequel les ailettes de guidage (10) sont disposées à un angle compris entre 15 et 45°.
11. Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étage inférieur du brûleur comporte un plateau (1) et une vis (2) sans fin permettant l'alimentation en combustible solide sur ledit plateau (1).
12. Foyer selon la revendication 11, dans lequel le plateau (1) comporte des ouvertures (5) permettant l'introduction d'air primaire (6).
13. Foyer selon la revendication 11 ou 12, dans lequel le plateau (1) est configuré pour que les cendres générées par la combustion primaire tombent par débordement du plateau (1).