EP0026150A1 - Appareil de chauffage à combustibles solides, pouvant également brûler des combustibles liquides - Google Patents

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EP0026150A1 EP80430017A EP80430017A EP0026150A1 EP 0026150 A1 EP0026150 A1 EP 0026150A1 EP 80430017 A EP80430017 A EP 80430017A EP 80430017 A EP80430017 A EP 80430017A EP 0026150 A1 EP0026150 A1 EP 0026150A1
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    • F23B1/30—Combustion apparatus using only lump fuel characterised by the form of combustion chamber
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
    • F24H9/1832—Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners

Definitions

  • the present invention relates to a solid fuel heating apparatus. More specifically, it is aimed at a heat generator mainly intended to operate by the combustion of solid fuels such as wood, coal, coke, sawdust, etc., but having the advantage of being able to be easily arranged, in addition, for also function by the combustion of liquid fuels such as oils of various origins, without the need to make any modification of the heater to switch from one combustion mode to another, like this has been explained in European Patent No. 0.011.586.
  • Solid fuel stoves or boilers generally have the disadvantage of being uneconomical insofar as an appreciable proportion of their components are not or are imperfectly burnt. This is due to the fact that a significant part of the gases and volatile matter generated by the pyrolysis of fuels escapes quickly into the flue, directly or after a somewhat elongated journey. In addition, the incompletely burnt volatile matter remains in the exhaust fumes in the form of soot, tars, combustible gases which, in addition to a notable calorific loss, are a cause of pollution of the atmosphere. On the other hand, to this regrettable loss of part of the gaseous or volatile components, is added imperfect combustion of the solid components.
  • the present invention proposes, in particular, to remedy these drawbacks.
  • An object pursued by the present invention is therefore the production of a heating device for solid fuels, such as a stove or boiler, capable of burning all of the gaseous, volatile or solid components of said fuels and, consequently, of giving the possibility of achieve significant energy savings taking into account the fact that all the heat potential of said fuels is used.
  • Another objective of the invention is the production of a non-polluting heating apparatus, of perfect continuous operation and with high calorific value.
  • the heating device is notably remarkable in that its hearth comprises a set of superimposed grids and an economiser constituted by a vertical sheath, preferably cylindrical, the top of which is provided with a sealing means , and the base of which rests on the upper grid of said assembly, said sheath comprising, in its lower part, a plurality of exhaust orifices distributed over its periphery, and having, at its base, a diameter less than that of said grid superior.
  • Said apparatus comprises a body or casing 1 having a circular or other cross section and executed in sheet steel, cast iron or any suitable refractory material.
  • This envelope delimits the hearth 2 of the heating device which can be a stove emitting heat by radiation or, as shown in Figure 1, a boiler.
  • one or two exchangers 3 - 3 ' are installed around the hearth.
  • the upper exchanger 3 is, for example, assigned to the production of hot water intended for domestic uses, while the lower exchanger 3 1 is connected to the distribution network of a central heating installation.
  • an orifice 4 capable of being connected, in any known manner, to a smoke duct, is provided at the upper part of
  • the heater is provided with an air intake device (not shown) executed in a manner known per se.
  • a support ring 6 is positioned, resting, for example, on radial gussets 7 rigidly secured to the internal face of the body.
  • This support ring supports a set of superimposed grids, comprising a plurality of grids 8 - 8a - 8b - 8c - 8d - 8e, ..., mounted in superposition and spaced from one another.
  • These grids can be formed by spaced bars ( Figure 2) or by perforated plates ( Figure 3).
  • the openings of these grids have decreasing dimensions from top to bottom.
  • the spacing between the bars forming each of said grids decreases, from the upper grid 8, the bars of which are most widely spaced, to the lower grid 8e, the bars of which are the least.
  • the grids consisting of bars are arranged so that the bars of which each is made up, have a different orientation with respect to the bars forming the other grids.
  • the upper grid 8 is provided with the largest perforations, while the dimensions of the perforations of the underlying grids gradually decrease, up to the lower grid 8e which has the smallest perforations.
  • the grids 8 - 8a - 8b - 8c - 8d - 8e, ..., are carried by a cylinder 9 resting, by its base, on the support crown 6.
  • a grid with bars 9b each grid is integral with an independent cylindrical belt 9a, so that the stacking of the different grids and their belts makes it possible to reconstitute a cylinder comparable to the cylinder 9 of FIG. 1.
  • the grids thus produced are provided with means making it possible to center and wedge them one above the other.
  • These means are, for example, constituted by lugs 9c distributed over the periphery of the cylindrical belt of said grids and realizing the centering and the setting of the superimposed or underlying grid, according to the adopted arrangement of said lugs.
  • an economizer comprising a vertical sheath 10, for example made of refractory steel and preferably having a cylindrical shape.
  • This sheath is removable and, according to the advantageous embodiment illustrated, it rests, by its base, on top of the upper grid 8 which is advantageously provided with means for centering said sheath.
  • These means are, for example, constituted by a centering wall 11 of cylindrical shape, or other shape complementary to the profile of the sheath, welded to said grid, and in which the lower end of the sheath 10 is fitted.
  • the latter In its lower part, the latter has a plurality of exhaust orifices 12 distributed over its periphery.
  • the sheath is provided with at least two stages of exhaust orifices staggered.
  • Each exhaust port 12 is provided with an external deflector 13 oriented from top to bottom.
  • These deflectors are, for example, obtained by cutting strips in the cylindrical wall of the sheath and folding these cut strips towards the outside.
  • the top of the sheath 10 is equipped with a removable sealing means.
  • This means is advantageously formed by a circular loading pad 14 constituting one of the two homocentric elements for closing the upper part of the heating appliance.
  • the second of these elements is constituted by a removable cover 15 having the shape of a circular crown and the central edge of which is provided with two coaxial annular lips 15 1 - 15 "delimiting a circular groove in which the upper edge of the sheath, when said cover is in place, so as to make a leaktight baffle junction.
  • the loading pad 14 comprises, on its underside and at a short distance from its periphery, a centering ring Z4 'fitted into the outer lip 15 "of the cover, when said pad is in place.
  • the diameter of the base of the economizer 10 - 14 is less than that of the upper grid 8 of the set of grids on which said base rests.
  • the reservoir 31 constituting the lower exchanger has a cylindrical shape and is arranged around the set of grids, while the reservoir 3 forming the upper exchanger also has a cylindrical shape and is placed around the sheath 10, an annular space e being formed between the internal surface of said exchanger 3 and the external surface of said sheath.
  • the set of superimposed grids constitutes the hearth where the complete combustion of solid fuels takes place, while the annular space e forms a combustion chamber for gaseous or volatile components.
  • This combustion cycle is renewed each time the sheath 10 is refilled.
  • this heater can be very easily arranged to be able to operate both with solid fuels and with liquid fuels.

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Abstract

Le foyer (2) de l'appareil comporte un ensemble de grilles superposées (8, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e) et un économiseur (10) constitué par une gaine verticale de préférence cylindrique, dont le sommet est pourvu d'un moyen d'obturation étanche (14) et dont la base repose sur la grille supérieure (8) dudit ensemble laquelle a un diamètre supérieur à celui de ladite base; ladite gaine comportant, dans sa partie inférieure, une pluralité d'orifices d'échappement (12) réparties sur sa périphérie.
L'appareil peut constituer une chaudière comportant un échangeur (3).

Description

  • La présente invention concerne un appareil de chauffage à combustibles solides.
    Plus précisément, elle vise un générateur de chaleur principalement prévu pour fonctionner par la combustion de combustibles solides tels que bois, charbon, coke, sciure de bois, etc..., mais présentant l'avantage de pouvoir être aisément agencé, complémentairement, pour fonctionner également par la combustion de combustibles liquides tels qu' huiles d'origines diverses, sans qu'il soit besoin de procéder à une modification quelconque de l'appareil de chauffage pour passer d'un mode de combustion à l'autre, comme cela a été expliqué dans le brevet européen N° 0.011.586.
  • Les poêles ou chaudières à combustibles solides présentent généralement l'inconvénient d'être peu économiques dans la mesure où une proportion appréciable de leurs composants ne sont pas ou sont imparfaitement brûlés. Cela est dû au fait qu'une partie importante des gaz et des matières volatiles engendrés par la pyrolyse des combustibles s'échappe rapidement dans le conduit de fumée, directement ou après un trajet quelque peu allongé.
    De plus, les matières volatiles incomplètement brulées subsistent dans les fumées évacuées sous forme de suies, de goudrons, de gaz combustibles qui, outre une perte calorifique notable, sont une cause de pollution de l'atmosphère.
    D'autre part, à cette déperdition regrettable d'une partie des composants gazeux ou volatils, s'ajoute une combustion imparfaite des composants solides.
  • On a proposé de remédier aux inconvénients susmentionnés par une construction suivant laquelle le poêle comporte une gaine interne à l'intérieur de laquelle s'opère la combustion et dont la base repose sur une grille de même diamètre (brevet allemand N° 374 576). Selon ce mode d'exécution, les hydrocarbures légers volatils non réduits provenant de la distillation du combustible s'échappent par le sommet de la gaine interne et sont ramenés, par un conduit approprié, sous le grille du foyer, de sorte qu'ils sont réduits par leur passage au travers du combustible en ignition avant leur évacuation dans la cheminée.
  • Ce type d'appareil est d'affecté d'au moins deux inconvénients :
    • - son pouvoir calorifique est faible, car les hydrocarbures légers recyclés sont brulés à l'intérieur de la masse incandescente lors de leur passage à travers cette dernière
    • - un mauvais tirage, surtout lors du chargement, notamment lorsqu'on utilise un combustible fin tel que sciure de bois lequel, lors de son introduction dans la gaine intérieure, s'étale sur toute la largeur de la grille, en empêchant, de ce fait, le passage de l'air assurant la combustion, ce qui provoque l'extinction du foyer.
  • La présente invention se propose, notamment, de remédier à ces inconvénients.
  • Un but poursuivi par la présente invention est donc la réalisation d'un appareil de chauffage à combustibles solides, tels que poêle ou chaudière, capable de brûler la totalité des composants gazeux, volatils ou solides desdits combustibles et, partant, de donner la possibilité de réaliser des économies d'énergie appréciables compte tenu du fait que tout le potentiel calorifique desdits combustibles est utilisé.
    Un autre objectif de l'invention est la réalisation d'un appareil de chauffage non polluant, d'un fonctionnement continu parfait et à pouvoir calorifique élevé.
  • L'appareil de chauffage selon la présente invention est notamment remarquable par le fait que son foyer comporte un ensemble de grilles superposées et un économiseur constitué par une gaine verticale, de préférence cylindrique, dont le sommet est pourvu d'un moyen d'obturation étanche, et dont la base repose sur la grille supérieure dudit ensemble, ladite gaine comportant, dans sa partie inférieure, une pluralité d'orifices d'échappement répartis sur sa périphérie, et ayant, à sa base, un diamètre inférieur à celui de ladite grille supérieure.
  • Ces buts, avantages et caractéristiques, et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels :
    • La figure 1 est une vue en coupe verticale et à caractère schématique, d'une chaudière réalisée selon l'invention.
    • La figure 2 est une vue en plan de l'ensemble de grilles, avec arrachement partiel des grilles superposées.
    • La figure 3 est une vue en plan analogue à la figure 2, illustrant un autre mode d'exécution de l'ensemble de grilles.
    • La figure 4 est une coupe diamétrale d'une variante de réalisation d'une grille de l'ensemble de grilles.
  • On se reporte auxdits dessins pour décrire un exemple avantageux, quoique nullement limitatif, de réalisation de l'appareil de chauffage suivant l'invention.
  • Ledit appareil comprend un corps ou enveloppe 1 ayant une section circulaire ou autre et exécuté en tôle d'acier, en fonte ou en tout matériau réfractaire approprié.
  • Cette enveloppe délimite le foyer 2 de l'appareil de chauffage lequel peut être un poêle émettant de la chaleur par rayonnement ou, comme représenté à la figure 1, une chaudière.
  • Dans ce dernier cas, un ou deux échangeurs 3 - 3' sont installés autour du foyer.
  • L'échangeur supérieur 3 est, par exemple, affecté à la production d'eau chaude destinée aux usages domestiques, tandis que l'échangeur inférieur 31 est connecté au réseau de distribution d'une installation de chauffage central.
  • De façon classique, un orifice 4 apte à être raccordé, de toute manière connue, à un conduit de fumée, est ménagé à la partie supérieure de
  • la paroi latérale du corps 1, tandis qu'un espace 5 est réservé dans la partie inférieure dudit corps, pour la réception des cendres. Dans ladite partie inférieure, l'appareil de chauffage est muni d'un dispositif d'admission d'air (non représenté) exécuté de façon connue en soi.
  • Au-dessus de l'espace inférieur 5, est positionnée une couronne d'appui 6, reposant, par exemple, sur des goussets radiaux 7 rigidement solidaires de la face interne du corps.
  • La partie centrale de cette couronne d'appui supporte un ensemble de grilles superposées, comprenant une pluralité de grilles 8 - 8a - 8b - 8c - 8d - 8e,..., montées en superposition et de manière espacée les une des autres.
  • Ces grilles peuvent être constituées par des barreaux espacés (figure 2) ou par des plaques perforées (figure 3).
  • Les ouvertures de ces grilles ont des dimensions décroissantes de haut en bas. Ainsi, comme le montre la figure 2, l'écartement entre les barreaux formant chacune desdites grilles décroit, de la grille supérieure 8 dont les barreaux sont le plus largement espacés, à-la grille inférieure 8e dont les barreaux le sont le moins. En outre, les grilles constituées de barreaux sont disposées de façon que les barreaux dont est composée chacune d'entre elles, aient une orientation différente par rapport aux barreaux formant les autres grilles.
  • De manière comparable, lorsque les grilles superposées sont composées de plaques perforées, comme illustré à la figure 3, la grille supérieure 8 est pourvue des perforations les plus grandes, tandis que les dimensions des perforations des grilles sous-jacentes diminuent progressivement, jusqu'à la grille inférieure 8e qui présente les perforations les plus petites.
  • Les grilles 8 - 8a - 8b - 8c - 8d - 8e,..., sont portées par un cylindre 9 reposant, par sa base, sur la couronne d'appui 6. Suivant une variante d'exécution représentée à la figure 4 montrant . une grille à barreaux 9b, chaque grille est solidaire d'une ceinture cylindrique indépendante 9a, de sorte que l'empilage des différentes grilles et de leurs ceintures permet de reconstituer un cylindre comparable au cylindre 9 de la figure 1.
  • Les grilles ainsi réalisées sont pourvues de moyens permettant de les centrer et de les caler les unes au-dessus des autres. Ces moyens sont par exemple, constitués par des pattes 9c réparties sur la périphérie de la ceinture cylindrique desdites grilles et réalisant le centrage et le calage de la grille superposée ou sous-jacente, suivant la disposition adoptée desdites pattes.
  • Au-dessus de l'ensemble de grilles superposées est installé un économiseur comprenant une gaine verticale 10, par exemple exécutée en acier réfractaire et ayant, de préférence, une forme cylindrique. Cette gaine est amovible et, suivant l'exemple d'exécution avantageux illustré, elle repose, par sa base, sur le dessus de la grille supérieure 8 qui est avantageusement munie de moyens de centrage de ladite gaine. Ces moyens sont, par exemple, constitués par une paroi de centrage 11 de forme cylindrique, ou autre forme complémentaire au profil de la gaine, soudée sur ladite grille, et dans laquelle est emboitée l'extrémité inférieure de la gaine 10.
  • Dans sa partie inférieure, cette dernière comporte une pluralité d'orifices d'échappement 12 répartis sur sa périphérie.
  • De manière préférée, la gaine est pourvue d'au moins deux étages d'orifices d'échappement disposés en quinconce.
  • Chaque orifice d'échappement 12 est muni d'un déflecteur extérieur 13 orientés de haut en bas. Ces déflecteurs sont, par exemple, obtenus par découpage de lamelles dans la paroi cylindrique de la gaine et pliage de ces lamelles découpées en direction de l'extérieur.
  • Le sommet de la gaine 10 est équipé d'un moyen amovible d'obturation étanche. Ce moyen est avantageusement formé par un tampon de chargement circulaire 14 constituant l'un des deux éléments homocentriques de fermeture de la partie supérieure de l'appareil de chauffage.
  • Le second de ces éléments est constitué par un couvercle amovible 15 ayant la forme d'une couronne circulaire et dont le bord central est doté de deux lèvres annulaires coaxiales 151 - 15" délimitant une gorge circulaire dans laquelle est logé le bord supérieur de la gaine, lorsque ledit couvercle est en place, de manière à réaliser une jonction étanche en chicane.
  • D'autre part, le tampon de chargement 14 comporte, sur sa face inférieure et à faible distance de sa périphérie, un anneau de centrage Z4' emboité dans la lèvre extérieure 15" du couvercle, lorsque ledit tampon est en place.
  • Le diamètre de la base de l'économiseur 10 - 14 est inférieur à celui de la grille supérieure 8 de l'ensemble de grilles sur laquelle repose ladite base.
  • Comme le montre la figure 1, le réservoir 31 constituant l'échangeur inférieur a une forme cylindrique et est disposé autour de l'ensemble de grilles, tandis que le réservoir 3 formant l'échangeur supérieur a également une forme cylindrique et est placé autour de la gaine 10, un espace annulaire e étant ménagé entre la surface interne dudit échangeur 3 et la surface externe de ladite gaine.
  • Le fonctionnement de cet appareil de chauffage est le suivant :
    • Après avoir garni la gaine 10, mis en place le tampon 14 et amorcé la combustion en faisant brûler un combustible aisément inflammable tel que papier, carton, brindilles de bois, au-dessous des grilles, cette combustion produit de la chaleur qui se répand autour de la gaine et chauffe fortement sa paroi.
  • Il se produit ainsi une pyrolyse des combustibles solides logés dans la gaine, laquelle libère les composants gazeux et volatils desdits combustibles. Les gaz et autres matières volatiles libérés ne pouvant sortir par le haut de l'économiseur obturé de manière étanche, descendent vers le bas de la gaine 10, s'échappent par les orifices 12 dans la chambre annulaire e et s'enflamment instantanément au contact de l'air du tirage.
  • Les éléments carbonisés de la couche inférieure incandescente du chargement tombent successivement sur les grilles sous-jacentes où leur combustion se poursuit jusqu'à ce qu'ils soient réduits à
  • l'état de cendre, la réserve de combustible descendant progressivement sur la grille supérieure au fur et à mesure que lesdits éléments carbonisés se consument.
  • On conçoit que l'ensemble de grilles superposées constitue le foyer où s'opère la combustion complète des combustibles solides, tandis que l'espace annulaire e forme une chambre de combustion des composants gazeux ou volatils.
  • Ce cycle de combustion se renouvelle à chaque nouveau remplissage de la gaine 10.
  • L'intérêt et les avantages de l'appareil de chauffage selon l'invention ressortént bien de l'exposé qui précède et des dessins annexés.
  • On souligne qu'un autre avantage de cet appareil de chauffage est qu'il peut être très facilement agencé pour pouvoir fonctionner aussi bien à l'aide de combustibles solides, qu'au moyen de combustibles liquides.
  • Il suffit, comme cela est décrit et illustré dans le brevet européen N° 0.011.586, de disposer une admission de combustible liquide dans la partie centrale du tampon de chargement 14, cette admission étant, par exemple, avantageusement constituée par une simple tubulure 16 (tracé en traits interrompus de la figure 1) traversant ledit tampon et raccordée à une installation d'alimentation.

Claims (9)

1. - Appareil de chauffage à combustibles solides caractérisé en ce que le foyer (2) dudit appareil comporte un ensemble de grilles superposées (8, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e) et un économiseur (10) constitué par une gaine verticale de préférence cylindrique, dont le sommet est pourvu d'un moyen d'obturation étanche (14) et dont la base repose sur la grille supérieure (8) dudit ensemble ; ladite gaine comportant, dans sa partie inférieure, une pluralité d'orfices d'échappement (12) répartis sur sa périphérie.
2. - Appareil de chauffage à combustibles solides selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'économiseur a, à sa base, un diamètre inférieur à celui de la grille supérieure de l'ensemble de grilles.
3. - Appareil de chauffage combustibles solides suivant l'une des revendications 1 ou 2, tel que chaudière comprenant un échangeur, caractérisé en ce que ledit échangeur comporte un réservoir cylindrique (3) disposé autour de la gaine verticale de l'économiseur, un espace annulaire (e) dans lequel s'opère la combustion des combustibles gazeux, étant ménagé entre ladite gaine et ledit réservoir.
4. - Appareil de chauffage à combustibles solides selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la gaine comporte, dans sa partie inférieure, au moins deux étages d'orifices d'échappement (12).
5. - Appareil de chauffage à combustibles solides suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les orifices d'échappement (12) sont disposés en quinconce.
6. - Appareil de chauffage à combustibles solides suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les ouvertures des grilles superposées ont des dimensions décroissantes, de la grille supérieure (8) à la grille inférieure (8e).
7. - Appareil de chauffage à combustibles solides suivant la-revendication 6, caractérisé en ce que la grille supérieure (8) de l'ensemble de grilles est solidaire de moyen de centrage (11) de la base de l'économiseur (10).
8. - Appareil de chauffage à combustibles solides suivant l'une quelconque des revendications 1, 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits orifices d'échappement (12) sont pourvus de déflecteurs extérieurs (13) orientés de haut en bas.
9. - Appareil de chauffage à combustibles solides selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque grille de l'ensemble de grilles est solidaire d'une ceinture cylindrique indépendante (9a), les grilles ainsi réalisées comportant des moyens de centrage et de calage (9c) permettant de les superposer correctement.
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