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
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) comportant une partie 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
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 maitriser la quantité
mise en contact avec le combustible dans ces différentes phases.
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.
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.
[0005] Du document JP S55 155110 A, on connaît un dispositif d'oxydation monté
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.
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.
[0006] On connaît du document US 4 945 837 A un système d'alimentation en pellets d'un foyer. Ce système comporte une ailette pour diriger le combustible vers la plaque de combustion en position supérieure et comporte des tubes de ventilation pour prévenir l'ignition et la combustion du combustible stocké dans des bacs.
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
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
[0007] 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
Brève description des figures
[0008] La figure 1 représente une vue en coupe du brûleur au sein du foyer selon l'invention.
[0009] 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'a la figure 3, elles se présentent sous forme de rainures.
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.
[0010] 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 cette variante, l'extrémité
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.
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.
[0011] La figure 6 représente sous deux angles différents le premier corps creux muni d'une découpe de forme sinusoïdale à son extrémité supérieure. Les figures 7 et 8 représentent également sous deux angles différents le premier corps creux avec une découpe en forme de créneaux et une découpe en dents de scie respectivement.
[0012] La figure 9 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. Dans cette variante, comparé à la figure 4, l'extrémité supérieure du premier corps creux est de forme sinusoïdale et un disque est positionné à l'intérieur du premier corps creux.
[0013] La figure 10 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 mélange par recirculation des gaz de pyrolyse au-dessus du disque disposé à l'intérieur du premier corps creux.
[0014] La figure 11 représente une vue du dessus des ailettes de guidage disposées dans le conduit d'air secondaire. La figure 12 représente les mêmes ailettes dans une vue en coupe.
[0015] La figure 13 représente une vue du dessus des ailettes de guidage disposées à l'intérieur du premier corps creux autour du disque. La figure 14 représente les mêmes ailettes dans une vue en coupe avec dans cette variante également des ailettes à
l'intérieur du conduit d'air secondaire.
l'intérieur du conduit d'air secondaire.
[0016] La figure 15 représente une vue en coupe du brûleur au sein du foyer selon un mode de réalisation de l'invention avec une variante du système d'allumage.
[0017] La figure 16 représente une vue du dessus du plateau brûleur avec un système de décendrage en position fermée. La figure 17 représente une même vue avec le système de décendrage en position ouverte. A la figure 18, le mécanisme de décendrage selon l'invention est représenté à l'aide d'une vue en coupe du brûleur au sein du foyer.
[0018] Légende (1) Plateau brûleur (2) Vis d'alimentation (3) Bougie d'allumage ou système 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 (13) Elément chauffant (14) Fourreau (15) Orifice (16) Conduit (17) Volume alimenté en air extérieur (18) Grille inférieure du plateau brûleur
(19) Grille supérieure du plateau brûleur
(20) Tige verticale d'actionnement de la grille supérieure
(21) Tige horizontale d'actionnement, solidaire de la tige verticale
(22) Partie ajourée dans les grilles pour le décendrage Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0019] 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 5 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.
[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.
[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.
[0023] Le foyer selon l'invention comporte un brûleur étagé, c'est-à-dire un brûleur avec une combustion en deux étapes.
[0024] 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).
[0025] 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, 4 et 5).
[0026] Une fois produits, les gaz de pyrolyse 12 pénètrent dans le premier corps creux 4 puis dans un second corps creux 7 (voir figures 4 et 5). Le premier corps creux 4 comporte une partie de forme conique ou est de forme conique et le second corps creux 7 comporte une ou plusieurs parties de forme conique. Tel qu'illustré aux figures 4 et 5, le premier corps creux 4 comporte une partie 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 1,4 et 5). Dans cette configuration, l'air secondaire est préchauffé par contact avec les parois chaudes du premier corps creux.
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.
[0027] 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.
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.
[0028] Tel qu'illustré aux figures 4 et 5, la 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.
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.
[0029]
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).
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).
[0030]
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.
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.
[0031]
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.
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.
[0032]
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.
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.
[0033]
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.
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)
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 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.
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.
2. Foyer selon la revendication 1, comprenant un second corps creux, le premier corps creux étant surmonté dudit second corps creux.
3. Foyer selon la revendication 2, dans lequel 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.
4. Foyer selon la revendication 3, dans lequel, 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 issus de la combustion primaire.
5. Foyer selon la revendication 3, dans lequel, 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 issus de la combustion primaire.
6. Foyer selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le second corps creux est de forme divergente en sortie de l'étage supérieur afin d'élargir et ralentir l'écoulement des gaz issus de la combustion primaire.
7. Foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'extrémité supérieure du premier corps creux comporte une partie conique convergente ou divergente ou une partie cylindrique.
8. Foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'extrémité supérieure du premier corps creux 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.
9. Foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le premier corps creux et/ou le second corps creux comportent dans leur volume intérieur un élément perturbateur assurant une recirculation des gaz issus de la combustion primaire au-dessus dudit élément perturbateur.
10. Foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comportant 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 issus de la combustion primaire.
11. Foyer selon la revendication 10, dans lequel les ailettes de guidage sont positionnées autour de l'élément perturbateur.
12. Foyer selon la revendication 10 ou 11, dans lequel les ailettes de guidage sont disposées à un angle compris entre 15 et 45 .
13. Foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel l'étage inférieur du brûleur comporte un plateau et une vis sans fin permettant l'alimentation en combustible solide sur ledit plateau.
14. Foyer selon la revendication 13, dans lequel le plateau comporte des ouvertures permettant l'introduction d'air primaire.
15. Foyer selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le plateau est configuré pour que les cendres générées par la combustion primaire tombent par débordement du plateau.
16. Foyer selon la revendication 13 ou 14, dans lequel 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.
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.
17. Foyer selon la revendication 16, dans lequel 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 entraînant la mise en rotation de la première grille.
18. Foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, comportant 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.
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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|---|---|---|---|
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| PCT/EP2015/052919 WO2015121331A1 (fr) | 2014-02-13 | 2015-02-12 | Foyer a combustible solide |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2972650A1 CA2972650A1 (fr) | 2015-08-20 |
| CA2972650C true CA2972650C (fr) | 2022-03-15 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA2972650A Active CA2972650C (fr) | 2014-02-13 | 2015-02-12 | Foyer a combustible solide |
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| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3108180B1 (fr) |
| BE (1) | BE1023167B1 (fr) |
| CA (1) | CA2972650C (fr) |
| WO (1) | WO2015121331A1 (fr) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5826492B2 (ja) * | 1979-05-23 | 1983-06-03 | 日本エンゲルハルド株式会社 | 煉炭燃焼ガス中の一酸化炭素酸化装置 |
| US4945837A (en) * | 1988-02-26 | 1990-08-07 | Whitfield Oliver J | Pellet feed system |
| DE4039387A1 (de) * | 1990-12-10 | 1992-06-11 | Heribert Posch | Brennvorrichtung fuer holz und kohle |
| EP0712477A1 (fr) * | 1994-06-15 | 1996-05-22 | Thermal Energy Systems, Incorporated | Appareil et procede de reduction des emissions de particules a partir des processus de combustion |
| US7513098B2 (en) * | 2005-06-29 | 2009-04-07 | Siemens Energy, Inc. | Swirler assembly and combinations of same in gas turbine engine combustors |
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2014
- 2014-02-13 BE BE2014/0096A patent/BE1023167B1/fr not_active IP Right Cessation
-
2015
- 2015-02-12 WO PCT/EP2015/052919 patent/WO2015121331A1/fr active Application Filing
- 2015-02-12 EP EP15703997.5A patent/EP3108180B1/fr active Active
- 2015-02-12 CA CA2972650A patent/CA2972650C/fr active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1023167B1 (fr) | 2016-12-08 |
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| CA2972650A1 (fr) | 2015-08-20 |
| EP3108180A1 (fr) | 2016-12-28 |
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