CH621618A5 - Wood-fired heating apparatus - Google Patents

Description

La présente invention concerne un appareil de chauffage fonctionnant au bois.

Les poêles à bois existent depuis des siècles. Le plus connu d'entre eux est sans doute le poêle à bois de Franklin dans lequel le bois brûlait avec un mauvais rendement, bien que cet appareil fut pratique pour son époque. Dans ce poêle, comme dans la plupart des poêles de fonte qui existent de nos jours, le tirage nécessaire à la combustion est orienté vers le haut comme dans un âtre et les gaz ou substances volatiles qui se dégagent du bois pendant sa combustion restent en général imbrûlés. Ces substances volatiles sont imbrûlées pour deux raisons dont la première est le fait que les gaz, au moment où ils se dégagent du bois, sont en général trop froids pour permettre une combustion secondaire et dont la seconde est le fait que l'oxygène qui est introduit dans le poêle ou dans l'âtre est consommé d'habitude parles braises qui se trouvent à la base de la masse enflammée, de sorte que les gaz s'élèvent dans une atmosphère qui est pauvre en oxygène. La perte des substances volatiles et des gaz est une difficulté grave car elle représente approximativement la moitié de la valeur calorifique totale du bois. Cette perte est la même que si l'on faisait déboucher une canalisation de gaz naturel dans une cheminée et qu'on le laisse s'échapper sans avoir soin de l'allumer d'abord. De plus, les gaz et les substances volatiles qui se dégagent du bois sans être allumés peuvent aussi se condenser sur les côtés froids des longs tujaux métalliques d'évacuation et s'égoutter en forme de créosote qui peut parfois brûler d'une manière dangereuse et non délibérée en donnant un feu de cheminée.

Un procédé efficace qui permet de réduire les substances volatiles consiste à utiliser un appareil de chauffage à combustion horizontale dans lequel les flammes se déplacent horizontalement dans la zone de combustion primaire. Ce mode de combustion qui est complètement différent de la combustion type par tirage vers le haut est la base du fonctionnement beaucoup plus efficace d'un poêle produit par Vermont Castings, Inc. et qui a été vendu depuis au moins le premier quart de l'année 1976 sous le nom commercial de «DEFIANT». Dans ce poêle connu la combustion des gaz et des substances volatiles est facilitée de plusieurs façons. D'abord, du fait de la combustion horizontale, les gaz sont contraints de passer à proximité des braises chaudes dont la température reste suffisamment élevée pour les allumer. De plus, l'air provenent d'une source secondaire qui est commandée à la main et qui est séparée de la source primaire, est transmis le long d'un tube qui fait partie intégrante de la plaque arrière chauffée de la chambre de combustion primaire. Cette plaque arrière est chauffée par la partie la plus chaude du feu sur ses deux côtés et fait partie d'un canal dans lequel l'air est préchauffé de façon à le maintenir aux températures élevées qui sont nécessaires pour la combustion. L'oxygène provenant de la source secondaire est transmis ainsi à une chambre de combustion secondaire par de nombreux orifices de façon à se mélanger avec les gaz combustibles et à permettre la combustion secondaire. Dans ce poêle, la source secondaire d'air est disposée le long d'une paroi extérieure de la chambre de combustion secondaire qui est éloignée de la chambre primaire.

De plus, des chicanes des conduits de fumée, situées derrière la plaque disposée à l'arrière de la chambre de combustion primaire, délimitent un trajet sinueux. Ce trajet est constitué de plusieurs conduits de fumée par lesquels celle-ci effectue un mouvement de va-et-vient le long de la partie arrière de l'appareil et vers le haut dans la direction d'un col5

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lier d'évacuation. La chaleur des gaz de combustion est considérable, de sorte qu'il se produit une transmission de chaleur importante entre les gaz et les surfaces de l'appareil qui transmettent à leur tour cette chaleur à la pièce plutôt que de la perdre dans la cheminée. De plus, le circuit sinueux aide à maintenir dans la chambre de combustion une température plus élevée qui facilite la combustion des gaz et des substances volatiles dégagés du bois. On dispose donc d'une quantité élevée de chaleur de sortie. De plus, la commande du feu s'effectue non seulement par la structure de l'appareil mais encore par un orifice à commande thermostatique par lequel l'air primaire est introduit.

Bien que dans le poêle connu mentionné ci-devant la combustion soit améliorée dans la chambre secondaire, il est encore souhaitable d'augmenter le rendement de l'appareil par n'importe quel procédé possible. De ce fait, bien que ce poêle connu constitue un progrès important dans la construction des poêles à bois, il peut encore être perfectionné.

Par conséquent la présente invention vise la réalisation d'un appareil de chauffage fonctionnant au bois dans lequel la combustion secondaire est améliorée, qui peut être chargé à sa partie supérieure, qui peut être relié à une cheminée par une jonction souple, qui soit fiable, fonctionne efficacement pendant longtemps avec une seule charge de bois, dont sa chaleur de sortie est de quantité élevée et qui peut être réglé de façon à réduire sa chaleur de sortie pendant des périodes de durée prédéterminée.

A cet effect, selon l'invention, un appareil de chauffage fonctionnant au bois, comprenant une carcasse conductrice de la chaleur qui contient une chambre de combustion primaire, une chambre de combustion secondaire communiquant avec ladite chambre primaire, une chicane verticale orientée de haut en bas séparant lesdites chambres de combustion primaire et secondaire, une partie de ladite chicane étant espacée d'une surface inférieure de la carcasse de manière à ménager une ouverture qui relie lesdites chambres primaire et secondaire et permet aux gaz de circuler entre elles, un conduit d'alimentation primaire introduisant de l'air entretenant la combustion dans ladite chambre primaire, un conduit d'alimentation secondaire disposé au moins le long de ladite chicane orientée de haut en bas introduisant de l'air préchauffé dans ladite chambre de combustion secondaire par ladite ouverture, une ouverture de sortie des produits de combustion disposée à la partie supérieure de la carcasse étant en communication avec la chambre de combustion secondaire de façon à permettre auxdites produits de combustion de sortir, est caractérisé en ce que le conduit d'alimentation primaire introduit l'air dans ladite chambre de combustion primaire sensiblement sur toute la largeur de celle-ci.

Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le conduit primaire est délimité dans la chambre de combustion primaire par un tube fendu qui comprend en coupe une partie en forme de J orientée horizontalement et partant d'une paroi verticale de la carcasse et une partie verticale dirigée vers le haut qui est orientée de façon que son prolongement coupe la partie en forme de J. Il est avantageux aussi de disposer le conduit primaire le long de la paroi d'extrémité de la carcasse sur 1/5 environ de la longueur d'une paroi avant de celle-ci.

Dans un autre mode de réalisation le conduit d'alimentation secondaire comprend un élément non perforé relié à un élément perforé qui introduit l'air à peu près régulièrement au travers de l'ouverture de la chicane, entre les chambres de combustion primaire et secondaire.

Un panneau arrière de la carcasse peut comporter des ondulations destinées à augmenter la surface qui rayonne la chaleur.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels:

La figure 1 est une vue en perspective avant de l'appareil de chauffage de l'invention; la figure 2 est une vue en perspective arrière de l'appareil de chauffage de la figure 1;

la figure 3 est une vue en perspective avant, avec arrachement partiel et partiellement en coupe, de l'appareil de chauffage de l'invention;

la figure 4A est une coupe schématique du collier d'évacuation tournant, dans sa position de sortie vers l'arrière;

la figure 4B est une coupe schématique du collier d'évacuation tournant, dans sa position de sortie vers le haut;

la figure 5 est une coupe longitudinale de l'appareil, suivant la ligne 5-5 de la figure 3 et observée dans la direction du dos de la chicane du foyer;

la figure 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 5; la figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 3;

et la figure 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la figure 5.

Comme le montre la figure 1, l'appareil de chauffage 8 au bois comprend une carcasse extérieure 10 qui, de préférence, est en fonte épaisse. Les côtés 12a, 12b, l'avant 12c qui comprend des portes 12e, 12f, le dos 12g, la partie supérieure 12h et la partie inférieure 12i de la carcasse sont réunis de façon à constituer un ensemble d'une seule pièce qui est étanche à l'air. Les portes avant pivotantes 12e, 12f permettent d'ouvrir l'appareil de chauffage par l'avant, à la fois pour charger le bois et pour observer le feu lorsque l'appareil est utilisé comme foyer. Un couvercle supérieur 14 comprend des charnières 15a, 15b qui lui permettent de pivoter vers le haut afin de charger le bois dans une chambre de combustion primaire 16 (figure 3) par une ouverture 17 de chargement sans fumée. L'ouverture a des dimensions telles qu'elle est balayée et qu'elle est exempte de fumée lorsque le couvercle pivote vers une position ouverte. De préférence, le rapport de la surface en section de l'ouverture à la surface en section de l'orifice de sortie des gaz de combustion est d'environ trois à un. Même lorsque le poêle est en fonctionnement, il peut être rechargé simplement en laissant tomber le bois à brûler dans la chambre de combustion primaire. Un joint d'amiante disposé autour de l'ouverture 17 permet de réaliser un joint étanche à l'air entre le couvercle 14 et la carcasse.

Comme le montrent les figures 2 et 3, l'air est introduit dans la chambre de combustion primaire 16 par un orifice d'entrée primaire 18 et un conduit d'alimentation primaire 20 (figure 3). L'orifice 18 est commandé par un thermostat 21 qui agit sur un registre 22 recouvrant une ouverture 23 (figure 6) de l'élément arrière 12g de la carcasse. Le thermostat 21 est, par exemple, un serpentin de 200 mm d'un matériau bimétallique qui est relié au registre 22 par une chaîne souple 24. L'appareil 8 comprend aussi un levier 25 de commande du registre, un élément tournant 26 d'évacuation et un orifice 27 d'entrée de l'air de nuit à commande manuelle et disposé sur l'élément latéral 12a de la carcasse.

Comme le montrent les figures 3 et 6, l'air primaire qui pénètre par l'ouverture 23 circule par le conduit d'alimentation primaire 20 et il est chauffé par le feu qui entoure les tubes. Du fait que l'air primaire est préchauffé, il facilite le maintien d'un feu plus chaud qui nécessite moins d'air et qui consomme moins de bois. La chambre de combustion primaire est limitée par la chicane 28 ou plaque arrière sensiblement verticale et orientée de haut en bas, les parois latérales 12a et 12b de la carcasse, les portes avant 12e, 12f, la paroi avant 12c de la carcasse et les panneaux supérieur 12h et inférieur 12i de celle-ci.

Une partie droite 29 de la chicane 28 sépare partiellement la chambre de combustion primaire 16 d'une chambre secondaire 30. Celle-ci est reliée à la chambre de combustion primaire par une ouverture 31 de la chicane 28 par laquelle les s

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gaz peuvent circuler. La chambre de combustion secondaire est reliée à l'orifice 18 par un conduit d'alimentation secondaire 32 qui comprend un élément non perforé 36 (figure 5) se prolongeant de l'orifice 18 sensiblement au début de la chambre de combustion secondaire et un conduit perforé ou ajouré 32 disposé à l'intérieur de la chambre secondaire le long de la partie inférieure de la chicane 29, autour de l'ouverture 31. Le conduit 32 est délimité par un élément 72 et par la partie inférieure de la chicane 28 (voir figures 3, 5 et 8). Le conduit d'alimentation secondaire est décrit plus en détail ci-après.

L'appareil comprend, de plus, un troisième conduit d'alimentation 40 en air qui peut être utilisé, par exemple, pour relier l'orifice 27 à commande manuelle à la chambre de combustion secondaire pendant la nuit ou d'autres périodes choisies de fonctionnement à faible chaleur de sortie. Le conduit 40 introduit de plus une quantité supplémentaire d'oxygène qui facilite la combustion dans la chambre secondaire.

Plusieurs conduits de fumée et de jonction 104,106,108 (figure 5) sont disposés derrière la chicane 28. Dans ces conduits, les gaz de combustion usés circulent de la chambre de combustion secondaire vers l'extrémité gauche de l'appareil (en observant de l'avant), puis dans un canal ou conduit supérieur 106 d'où ils reviennent vers la partie droite du poêle. Ils remontent ensuite dans un conduit supérieur 108 et reviennent vers la partie gauche du poêle d'où ils sortent finalement par le collier 26. La chambre de combustion secondaire et les conduits de fumée constituent le trajet qui est parcouru par les flammes. Du fait que la chaleur des gaz de combustion qui est considérable est transmise aux surfaces du poêle pendant que les gaz circulent dans les conduits, une quantité importante de chaleur est transmise à la pièce plutôt que d'être perdue le long de la cheminée. De plus, les conduits sont situés au voisinage de la chambre de combustion primaire de sorte que la masse enflammée elle-même conserve une température plus élevée, qui facilite la combustion des produits volatils et gazeux qui se dégagent du bois pendant qu'il brûle.

Comme le montrent les figures 4A et 4B, le collier d'évacuation 26 est de préférence tournant afin de permettre à l'appareil de fonctionner avec une sortie soit horizontale (figure 4A) soit verticale (figure 4B). Le collier d'évacuation est fixé à une partie arrière inclinée 50 qui est maintenue fermement à l'arrière et à la partie supérieure de la carcasse de l'appareil. Le collier est fixé à la surface inclinée 52 de la partie arrière par deux boulons 56 (dont un seul est représenté sur les figures). Les deux boulons sont fixés sur les côtés opposés du collier.

Comme le montre la figure 4A, un prolongement 60 du collier vient au contact d'un élément vertical 62 de la partie arrière 50, de façon à être orienté, aligné et supporté. En enlevant les boulons (disposés sur les côtés opposés du collier) et en faisant tourner ce dernier de 180°, on peut lui donner l'orientation représentée sur la figure 4B. Il est maintenu dans cette orientation, pour laquelle la sortie du poêle s'effectue par le haut, en remettant les boulons 56 en place. Le prolongement 60 du collier 26 est alors placé contre l'élément horizontal 64 de la partie arrière 50.

Comme le montrent les figures 5 et 6, l'orifice 18 à commande thermostatique alimente en air les deux conduits primaire et secondaire. L'air ambiant pénètre par l'ouverture 23 de la paroi arrière 12g de la carcasse et est divisé presque immédiatement entre les conduits primaire et secondaire par une plaque 70. La partie de l'air arrivant qui pénètre dans le conduit secondaire 32 est dirigée le long de la chicane 28 et est contrainte par un élément 72 de suivre un trajet voisin de cette chicane. Non seulement l'élément 72 dirige le courant d'air secondaire vers l'ouverture 31 de la chicane 28 mais encore, pour que le débit d'air soit sensiblement uniforme dans l'ouverture 31, la surface en section du conduit délimité par l'élément 72, en combinaison avec la chicane 28, augmente sensiblement à mesure que le conduit se rapproche de l'ouverture, comme le montre la figure 5. On réalise ainsi la répartition en volume qui est nécessaire pour que le débit d'air soit sensiblement uniforme dans l'ouverture. A l'endroit de l'ouverture 31, l'élément 72 se termine par ime partie alignée parallèlement à la chicane 28 et espacée de celle-ci, indiquée par exemple en 80 (figure 3), de sorte que l'air secondaire s'écoule sensiblement sans être gêné par l'ouverture 31 dans la chambre secondaire. L'air secondaire qui est introduit par l'ouverture 31 est aussi préchauffé du fait de son voisinage avec la chicane 28, de sorte que le rendement de la combustion est plus élevé dans la chambre secondaire.

La partie de l'air ambiant passant par l'ouverture 23 qui suit le conduit primaire 20 traverse la chicane 28 près de sa base inférieure (figure 3) et est introduite dans la chambre de combustion primaire le long d'un conduit fendu et à extrémité ouverte qui part de la chicane 28, est disposé le long de la paroi latérale 12a et se prolonge sur environ 1/5 de la longueur de la paroi avant 12c, à sa partie inférieure (voir figure 3). La surface en section droite du conduit fendu est sensiblement constante (figure 7). H comprend un élément horizontal en forme de J 84 et un élément coulé 86 orienté verticalement vers le haut qui délimitent ensemble une fente allongée 88. L'air primaire ainsi introduit permet à l'oxygène, qui entretient la combustion, de s'écouler uniformément sur toute la profondeur de la chambre de combustion.

L'air qui circule dans le conproduit primaire 20 pénètre donc dans la chambre de combustion primaire le long de sa surface inférieure gauche (en l'observant de l'avant) et la traverse dans la direction du panneau latéral droit 12b, de façon à entretenir la combustion le long de toute la partie inférieure de la masse de bois. Lorsqu'il atteint la partie droite de l'appareil, le courant d'air est dirigé vers et par l'ouverture 31, puis il sort par le circuit sinueux délimité par les chicanes disposées entre la plaque 28 et la paroi arrière 12g.

Comme le montrent les figures 5 et 8, l'ensemble, qui est destiné à diriger les gaz de combustion le long du circuit sinueux dans l'espace situé entre la chicane 28 et la paroi arrière 12g, comprend une chicane inférieure 90 et une chicane supérieure 92. La chicane inférieure 90 est constituée de deux plaques coulées 94, 96 qui se rencontrent sur toute leur longueur de façon à constituer la chicane 90 lorsque la plaque du foyer 28 est mise en position. La chicane 90 est disposée sensiblement de la paroi latérale 12b à un point situé à proximité de la paroi latérale 12a. La chicane 92, qui est disposée au-dessus de la chicane 90, comprend deux éléments d'entablement coulés 98,100 qui supportent une plaque 102 disposée sensiblement de la paroi latérale 12a à un point proche de la paroi latérale 12b. Les gaz de combustion circulent donc d'un premier conduit horizontal 104 à un second conduit horizontal 106, pûis par un troisième conduit horizontal 108 d'où ils sortent par le collier 26.

L'appareil de chauffage comprend aussi un registre 110 qui permet de l'utiliser à la fois comme poêle et comme foyer à tirage vers le haut. Dans la position représentée sur la figure 8, il peut être utilisé comme foyer et, dans ce cas, les gaz de combustion sortent de la chambre primaire le long du trajet qui est indiqué d'une façon générale par la flèche 114. La combustion s'effectue alors avec tirage par le haut. Lorsque le registre est fermé, c'est-à-dire lorsqu'il occupe la position indiquée par la ligne en pointillé 116, l'appareil fonctionne comme un poêle et les gaz de combustion sortent sensiblement de la façon indiquée par la flèche 120 (figure 3). (Lorsque le combustible est chargé dans l'appareil par le couvercle 14, l'évacuation doit être fermée sinon la fumée sort par l'ouverture 17 du panneau supérieur 12h.)

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Comme le montrent les figures 2 et 8, des ondulations 122, 124 et 126 sont en saillie vers l'extérieur par rapport au plan de la paroi arrière 12g. Ces ondulations offrent des surfaces supplémentaires par lesquelles la chaleur est rayonnée de l'appareil et augmentent la quantité de chaleur transmise à l'air s environnant. De plus, les ondulations constituent un dispositif commode qui permet de canaliser «l'air de nuit» de l'orifice 27 à commande manuelle à la chambre de combustion secondaire par le conduit de nuit 40. Dans ce but, l'ondulation inférieure 126 est obturée par une plaque 130 et elle est uti- io lisée pour transmettre l'air de nuit à la chambre de combustion secondaire ou, tout au moins, pour le diriger vers celle-ci.

Dans le mode de réalisation avantageux de l'invention qui est décrit, la hauteur de l'ouverture 31 qui est comprise entre 76 et 108 mm est de préférence de 102 mm. On a trouvé que îs pour l'appareil particulier représenté sur la figure 3, la hauteur de l'ouverture 31 est importante et que si elle est sensiblement supérieure à 102 mm, elle a pour résultat de réduire la chaleur de sortie et le rendement de conversion de l'appareil.

L'appareil qui a été décrit, bien qu'étant conçu principalement pour fonctionner au bois, peut aussi être adapté à la combustion du charbon. Un récipient en forme de panier contenant du charbon peut être introduit par l'ouverture supérieure 17. Le panier repose sur la paroi inférieure 12i de la carcasse et le charbon est alors brûlé sensiblement de la même manière que lorsque le poêle fonctionne au bois.

L'appareil de chauffage fonctionnant au bois selon l'invention qui est donc compact, a un rendement extrêment élevé qui est dû à sa chambre de combustion secondaire, à son alimentation en air secondaire qui facilite la combustion, à son trajet allongé d'écoulement des gaz de combustion et à sa combustion horizontale. Un spécialiste pourra appliquer les diverses particularités de ce mode de réalisation avantageux à un appareil de chauffage fonctionnant au bois et de plus grandes dimensions, tel que l'appareil «DEFIANT» indiqué plus haut dans lequel la chambre de combustion secondaire est disposée le long de la chambre de combustion primaire et non derrière celle-ci.

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3 feuilles dessins

Claims (10)

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1. Appareil de chauffage fonctionnant au bois, comprenant ' une carcasse conductrice de la chaleur qui contient une chambre de combustion primaire, une chambre de combustion secondaire communiquant avec ladite chambre primaire, une chicane verticale orientée de haut en bas séparant lesdites chambres de combustion primaire et secondaire, une partie de ladite chicane étant espacée d'une surface inférieure de la carcasse de manière à ménager une ouverture qui relie lesdites chambres primaire et secondaire et permet aux gaz de circuler entre elles, un conduit d'alimentation primaire introduisant de l'air entretenant la combustion dans ladite chambre primaire, un conduit d'alimentation secondaire disposé au moins le long de ladite chicane orientée de haut en bas introduisant de l'air préchauffé dans ladite chambre de combustion secondaire par ladite ouverture, une ouverture de sortie des produits de combustion disposée à la partie supérieure de la carcasse étant en communication avec la chambre de combustion secondaire de façon à permettre auxdits produits de combustion de sortir, appareil caractérisé en ce que le conduit d'alimentation primaire introduit l'air dans ladite chambre de combustion primaire sensiblement sur toute la largeur de celle-ci.

2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conduit primaire est délimité dans ladite chambre primaire par un tube fendu qui comprend en coupe une partie horizontale en forme de J partant d'une paroi verticale de la carcasse et une partie verticale dirigée vers le haut qui est orientée de façon que son prolongement coupe ladite partie en forme de J.

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REVENDICATIONS

3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite chambre de combustion primaire est située entre les parois d'extrémité et une paroi avant de ladite carcasse et ladite chicane, le conduit d'alimentation primaire étant disposé dans la chambre primaire le long d'une paroi d'extrémité et approximativement sur un cinquième de la longueur de ladite paroi avant.

4. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation secondaire comprend un premier . élément non perforé relié à un orifice d'alimentation et un second élément perforé disposé sensiblement autour de l'ouverture de la partie inférieure de la chicane et introduisant l'air à peu près régulièrement en travers d'une partie importante de l'ouverture de ladite chicane.

5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la surface en section du conduit secondaire n'est pas uniforme sur sa longueur, ladite surface étant maximale approximativement à l'intersection desdits éléments non perforé et perforé.

6. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ouverture située à la partie inférieure de la chicane a une hauteur comprise entre 76 et 108 mm.

7. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ouverture a une hauteur de 102 mm environ,

8. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la carcasse comprend un panneau arrière qui est ondulé et qui offre une surface plus importante pour le rayonnement de la chaleur.

9. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ensemble de cloisonnement en communication avec ladite chambre de combustion secondaire constitue un trajet interne allongé que parcourent les flammes, ledit ensemble de cloisonnement comprenant des chicanes sensiblement horizontales dont l'une au moins est constituée de deux éléments séparés, dont un premier fait partie intégrante de ladite chicane verticale et orientée de haut en bas, et dont le second fait partie intégrante d'une paroi arrière de ladite carcasse.

10. Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ledit ensemble de cloisonnement comprend au moins deux chicanes horizontales, la chicane qui est constituée des premier et second éléments étant la chicane inférieure.