EP0327151A2 - Foyer à combustible solide ou liquide - Google Patents

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EP0327151A2
EP0327151A2 EP89200130A EP89200130A EP0327151A2 EP 0327151 A2 EP0327151 A2 EP 0327151A2 EP 89200130 A EP89200130 A EP 89200130A EP 89200130 A EP89200130 A EP 89200130A EP 0327151 A2 EP0327151 A2 EP 0327151A2
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EP
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hearth
hot gases
sole
fuel
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EP89200130A
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EP0327151A3 (fr
Inventor
Albert Lambert
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GEROFINA SA
Original Assignee
GEROFINA SA
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Publication date
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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
    • F23B90/00—Combustion methods not related to a particular type of apparatus
    • F23B90/04—Combustion methods not related to a particular type of apparatus including secondary combustion
    • F23B90/06—Combustion methods not related to a particular type of apparatus including secondary combustion the primary combustion being a gasification or pyrolysis in a reductive atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B1/00—Combustion apparatus using only lump fuel
    • F23B1/16—Combustion apparatus using only lump fuel the combustion apparatus being modified according to the form of grate or other fuel support
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B5/00—Combustion apparatus with arrangements for burning uncombusted material from primary combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/10—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses
    • F23G7/105—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses of wood waste

Definitions

  • the present invention relates to a fireplace that can be powered by solid or liquid fuels, comprising an enclosure having a combustion air inlet and a smoke outlet, said enclosure containing a heating body.
  • a first object of the invention is to allow the use in a home of this type of young woods, i.e. wood with a high content of combustible wet matter (more than 20%). It has indeed been shown that young wood from cuts made during the winter preceding that in which it is consumed, has a high calorific value which, in practice, is twice that of wood considered as dead wood. However, this high content of combustible wet matter requires special measures to ignite these woods.
  • Another object of the invention is to apply the principles which are at the base of the hearth according to the invention to the combustion, under analogous conditions, of fossil fuels, young or old as well as liquid fuels.
  • the hearth according to the invention comprises means for heating the fuel in order to extract the gaseous fraction therefrom in the form of hot gases which are directed by a set of conduits under a hearth on which is placed the solid fuel or spread the liquid fuel and which is intended to bring these fuels to a temperature at which the evaporation of said gaseous fraction is possible thanks to the heating of the aforementioned sole by the aforementioned hot gases .
  • the aforementioned hearth is arranged in an inclined manner, the lowest part being situated on the front side of the heating body, i.e. on the side which has the aforementioned combustion air inlet.
  • the aforementioned hearth is located, considering the direction in which the combustion air and the fumes circulate, upstream of at least one duct acting as a thermal condenser, ie .d. burner for unburnt gases intended to capture the aforementioned hot gases, said duct itself being located upstream of a duct which directs the hot gases under the aforementioned hearth.
  • a thermal condenser ie .d. burner for unburnt gases intended to capture the aforementioned hot gases
  • the above-mentioned sole is planar.
  • the aforementioned sole conforms, in part, to the shape of a truncated cone.
  • the aforementioned sole is made of a refractory material.
  • the aforementioned set of conduits consists of the perimeter space which remains between the aforementioned enclosure and the aforementioned heating body and which comprises, under the aforementioned hearth, a set of baffles arranged so as to distribute the hot gases along the aforementioned sole.
  • the set of conduits in which the aforementioned fumes and gases circulate, are equipped with means tending to delay the passage of the fumes and gases and are produced to cause the afterburning of the gases. hot flowing in the aforementioned conduits.
  • the hearth according to the aforementioned figures will be described in its design as a wood hearth, but its adaptation to a fuel will also be the subject of a description with particular reference to FIG. 4.
  • the hearth according to the invention and represented in FIGS. 1, 2 and 3 is a solid fuel hearth and, in the examples described, it will essentially be a question of a fuel constituted by wood and in particular young wood.
  • the hearth consists of an enclosure 1 which has, in a manner known per se, a combustion air inlet which has not been shown in the schematic drawings but which can be located in any suitable place, generally in the front face or before the enclosure.
  • This same enclosure has a smoke outlet designated by reference 2.
  • a heating body 3 Inside the enclosure 1 is mounted a heating body 3. Between the enclosure 1 and the heating body 3 there is a perimeter space which is subdivided into a vertical perimeter space 4 and a horizontal perimeter space 5.
  • the lower and front part of the hearth is incidentally occupied by an ashtray 6.
  • a fundamental and essential element of the invention consists of a hearth 7 which in reality constitutes the essential of the lower part of the enclosure 1.
  • the sole 7 may be made of a diffusing refractory material, of steel or ceramic, which is particularly advantageous, and be in a flat form and inclined towards the front and as shown in FIGS. 1 and 2.
  • Sole can also take shape of a truncated cone and then appear as shown under the reference 7 ′ in FIG. 3.
  • the sole 7 has a flange 9 for retaining the fuel 8.
  • the floor 7 (or 7 ′) is located upstream of a duct 10 acting as a thermal condenser.
  • the evaporation of liquid, combustible materials occurs essentially upstream of the conduit 10, while the diffusion of the calories necessary for this evaporation occurs downstream of the same conduit 10.
  • This conduit 10 directs the gases and the fumes to a space 11 located under the hearth 7.
  • the hot gases already brought to a temperature which can be considered high, brings the hearth 7 to this same temperature. It is easy to imagine that it will cause significant heating of the fuels deposited on the hearth.
  • kindling or dry wood can be used because, at this stage, the temperature of the hearth is not such as to cause the fuel wood to heat up.
  • the gases will circulate towards the vertical perimeter spaces 4 to then reach the horizontal perimeter spaces 5 located above the heating body 3 and immediately upstream of the outlet 2 intended for the exhaust of the fumes.
  • the conduits in which the gases circulate may have grooved walls. or provided with baffles, the afterburning of unburned so as to cause a remarkable increase in the heating capacity of green woods. Under these conditions, the heating capacity of these woods is greater than that of dead or dry woods.
  • the green woods contain these materials in significant quantities, they are extracted more quickly and more completely from firewood placed on a hearth which is itself quickly brought to a high temperature by the gases circulating in space. 11 under the hearth before reaching the smoke outlet 2, after having crossed the vertical and horizontal perimeter spaces 4 and 5 respectively.
  • the fuel supply can be done by hoppers and worms as shown in Figure 3.
  • the fuel which is under particles of smaller size is represented by the reference 12 and the orifice of the hoppers by the reference 13.
  • FIG 4 is shown a supply of liquid fuels 14 which reaches a sole 7 sole.
  • the flow of liquid fuel can obviously be controlled and its flow on the bottom 7 sole causes the effects described above in the sense that the liquid fuel evaporates with or without flame, the unburnt is taken up by the pipe 10 making as a thermal condenser to circulate in the same way in a baffle circuit and heat the bottom 7 sole. After instillation of the oxygenated oxidant, the unburnt products are transformed, at the level of the ashtray 6, into a so-called post-combustion phase.
  • FIGS. 5 and 6 the arrangement of a number of baffles 15 and of a deflector 16 has been shown diagrammatically. These elements are intended to prolong the contact between the hot gas and the floor 7 (in other forms of realization of the soles 7 ′ and 7 ⁇ ). It is obvious that both the surface of the baffles and that of the internal wall of the various conduits can be smooth or provided with asperities delaying the passage of the hot gases and therefore prolonging the contact of these with the walls to be heated.

Abstract

Foyer comportant des moyens pour rechauffer le combustible (8) afin d'en extraire la fraction gazeuse sous forme de gaz chauds qui sont dirigés par un jeu de conduits (10, 11) sous une sole (7) sur laquelle est disposé le combustible solide (8) ou étendu le combustible liquide (14) et qui est destinée à porter ces combustibles à une température à laquelle l'évaporation de ladite fraction gazeuse est possible.

Description

  • La présente invention concerne un foyer pouvant être alimenté par des combustibles solides ou liquides, compor­tant une enceinte présentant une entrée d'air de combustion et une sortie des fumées, ladite enceinte renfermant un corps de chauffe.
  • Un premier but de l'invention est de per­mettre d'utiliser dans un foyer de ce type des bois jeunes, c.à.d. des bois dont la teneur en matières humides combustibles est élevée (plus de 20 %). Il a en effet été démontré que les bois jeunes provenant de coupes effectuées au cours de l'hiver précédent celui où il est consommé, avait un pouvoir calorifique élevé qui, en pratique, s'élève au double de celui du bois considéré en tant que bois mort. Cependant, cette teneur élevée en matière humide combustible requiert des mesures particulières permettant d'enflammer ces bois.
  • Visant la mise à feu des bois jeunes, dont la définition a été donnée ci-dessus, la demanderesse a découvert une structure de foyer qui permet un dégagement gazeux important des matières combustibles du bois, réalisant ainsi automatiquement la production de la créosote grâce à des mesures provoquant une post­combustion ou, autrement dit, une combustion des imbrûlés par adjonc­tion d'air secondaire, ce qui provoque une notoire augmentation de la capacité de chauffe de ces bois jeunes par rapport au bois mort.
  • Un autre but de l'invention est d'appliquer les principes qui sont à la base du foyer selon l'invention à la combustion, dans des conditions analogues, de combustibles fossiles, jeunes ou anciens ainsi que de combustibles liquides.
  • Pour réaliser cet objectif conformément à l'invention, le foyer selon l'invention comporte des moyens pour rechauffer le combustible afin d'en extraire la fraction gazeuse sous forme de gaz chauds qui sont dirigés par un jeu de conduits sous une sole sur laquelle est disposé le combustible solide ou étendu le combustible liquide et qui est destinée à porter ces combustibles à une température à laquelle l'évoporation de ladite fraction gazeuse est possible grâce à l'échauffement de la sole précitée par les gaz chauds précités.
  • Toujours selon l'invention, la sole précitée est disposée de manière inclinée, la partie la plus basse étant située du côté avant du corps de chauffe, c.à.d. du côté qui comporte l'entrée d'air de combustion précitée.
  • Dans une forme de réalisation propre à l'invention, la sole précitée est située, en considérant le sens dans lequel circulent l'air de combustion et les fumées, en amont d'au moins un conduit faisant office de condensateur thermique, c.à.d. de brûleur pour les gaz imbrûlés destiné à capter les gaz chauds précités, ledit conduit étant lui-même situé en amont d'un conduit qui dirige les gaz chauds sous la sole précitée.
  • Dans une forme de réalisation possible de l'invention, la sole précitée est plane.
  • Dans une autre forme de réalisation, la sole précitée épouse, en partie, la forme d'un tronc de cône.
  • Toujours selon une forme de réalisation préférentielle, la sole précitée est faite d'un matériau réfractaire.
  • Une caractéristique essentielle de l'inven­tion réside dans le fait que le jeu de conduits précité est constitué par l'espace périmétrique qui subsiste entre l'enceinte précitée et le corps de chauffe précité et qui comporte, sous la sole précitée, un jeu de chicanes disposées de manière à répartir les gaz chauds le long de la sole précitée.
  • Enfin, selon une autre caractéristique re­marquable de l'invention, le jeu de conduits, dans lequel circulent les fumées et les gaz précités, sont équipés de moyens tendant à retarder le passage des fumées et des gaz et sont réalisés pour provoquer la postcombustion des gaz chauds circulant dans les conduits précités.
  • D'autres détails et avantages de l'invention ressortiront de la description qui sera donnée ci-après d'un foyer pouvant être alimenté par des combustibles solides ou liquides, selon l'invention. Cette description n'est évidemment donnée qu'à titre d'exemple et ne limite pas l'invention. Les notations de référence se rapportent aux figures ci-jointes.
    • La figure 1 représente schématiquement et selon une vue latérale, une forme de réalisation du foyer selon l'invention.
    • La figure 2 est une vue également schéma­tique mais de face, du foyer selon la figure 1.
    • La figure 3 représente schématiquement, selon une vue de face, une première variante du foyer selon les figures 1 et 2.
    • La figure 4 est une représentation schéma­tique selon une vue de face d'une deuxième variante du foyer selon l'invention dans laquelle il est fait usage de combustibles liquides.
    • La figure 5 montre, selon une vue en coupe avec brisure partielle, la disposition possible de chicanes répartissant les gaz chauds sous la sole du foyer.
    • La figure 6 montre, schématiquement et selon une vue de dessous les chicanes et un déflecteur répartissant les gaz chauds sous la sole du foyer.
  • Le foyer selon les figures précitées sera décrit dans sa conception en tant que foyer à bois, mais son adaptation à un combustible fera également l'objet d'une description en se référant particulièrement à la figure 4.
  • L'expérience de la demanderesse dans le domaine de la combustion des bois l'a permis de constater sur base d'essais effectués antérieurement que les bois jeunes disposent d'un pouvoir calorifique proche de 10.000 Kc par Kg de matière présentant une humidité relative supérieure à 20 %.
  • Malgré ces qualités évidentes, le bois dit jeune, et provenant de coupes effectuées comme exposé dans le préambule, ne s'enflamme pas facilement.
  • Cette constatation généralement reconnue et admise a amené la demanderesse à imaginer un foyer qui, grâce à sa conception nouvelle et originale, résoud le problème et assure un rendement particulièrement élevé.
  • A la base de la conception du foyer qui sera décrit en détail ci-après, se trouve le principe du réchauffement du combustible à haute teneur en humidité par les gaz chauds provenant soit du bois d'allumage, soit du combustible à haute teneur en humidité lui-même.
  • Le foyer selon l'invention et représenté aux figures 1, 2 et 3 est un foyer à combustibles solides et, dans les exemples décrits, il sera essentiellement question d'un combustible constitué par du bois et en particulier du bois jeune.
  • Le foyer est constitué d'une enceinte 1 qui présente, de manière connue en soi, une entrée d'air de combustion qui n'a pas été représentée aux dessins schématiques mais qui peut se situer en tout endroit approprié, généralement dans la face frontale ou avant de l'enceinte. Cette même enceinte présente une sortie des fumées désignée par la référence 2.
  • A l'intérieur de l'enceinte 1 est monté un corps de chauffe 3. Entre l'enceinte 1 et le corps de chauffe 3 se situe un espace périmétrique qui se subdivise en un espace périmétrique vertical 4 et un espace périmétrique horizontal 5.
  • La partie inférieure et antérieure du foyer est occupée accessoirement par un cendrier 6.
  • Un élément fondamental et essentiel de l'invention est constitué par une sole 7 qui constitue en réalité l'essentiel de la partie inférieure de l'enceinte 1.
  • Dans les figures 1, 2 et 3 la sole 7 est destinée à recevoir du combustible solide et, comme il a déjà été exposé plus haut, du bois, en particulier du bois jeune. A la figure 1, les bûches de bois sont représentées par la référence 8.
  • La sole 7 peut être constituée d'un maté­riau réfractaire diffusante, en acier ou céramique, ce qui est parti­culièrement avantageux, et se présenter sous une forme plane et inclinée vers l'avant et comme représentée aux figures 1 et 2.
  • La sole peut également épouser la forme d'un tronc de cône et se présenter alors comme représentée sous la référence 7′ à la figure 3. A la partie avant, la sole 7 présente un rebord 9 pour retenir le combustible 8.
  • En considérant le sens dans lequel circulent l'air de combustion et les gaz, dans l'enceinte 1, la sole 7 (ou 7′) se trouve en amont d'un conduit 10 faisant office de condensateur thermique. L'évaporation des matières liquides, combustibles se produit essentiellement en amont du conduit 10, tandis que la diffusion des calories necéssaires à cette évaporation se produit en aval du même conduit 10. Il est bien évident que dans des formes de réalisation plus élaborées, on peut prévoir plus d'un conduit 10 et on peut lui donner toute forme appropriée, soit rectangulaire, soit cy­lindrique.
  • Ce conduit 10, ou condensateur thermique, dirige les gaz et les fumées vers un espace 11 situé sous la sole 7. Les gaz chauds, portés déjà à une température qui peut être considérée comme élevée, porte à cette même température la sole 7 dont on conçoit aisément qu'elle provoquera un échauffement important des combustibles déposés sur la sole.
  • Les bois jeunes perdent alors progressive­ment une partie importante de leur teneur en humidité combustible et s'enflamment plus aisément.
  • Au départ on peut faire usage d'un bois d' allumage ou bois sec parce que, à ce stade, la température de la sole n'est pas de nature à provoquer l'échauffement du bois de combustible.
  • De l'espace 11, les gaz circuleront vers les espaces périmétriques verticaux 4 pour atteindre ensuite les espaces périmétriques horizontaux 5 situés au-dessus du corps de chauffe 3 et immédiatement en amont de la sortie 2 destinée à l'échappement des fumées.
  • Pour provoquer la postcombustion ou com­bustion des imbrûlés, on fait usage, dans le foyer selon l'invention, de tout moyen propre à freiner la circulation des gaz chauds et, à cet effet, les conduits dans lesquels circulent les gaz peuvent présenter des parois rainurées ou pourvues de chicanes, la postcombustion des imbrûlés étant de nature à provoquer une augmentation remarquable de la capacité de chauffe des bois verts. Dans ces conditions la capacité de chauffe de ces bois est plus importante que celle des bois morts ou secs.
  • Les bois verts contenant ces matières en quantité non négligeable, celles-ci sont extraites plus rapidement et plus complètement d'un bois de chauffage disposé sur une sole qui est elle-même rapidement portée à une température élevée par les gaz circulant dans l'espace 11 sous la sole avant d'atteindre la sortie des fumées 2, après avoir traversé les espaces périmétriques verticaux et horizontaux respectivement 4 et 5.
  • L'alimentation en combustibles peut se faire par des trémies et des vis sans fin comme représentées à la figure 3. Le combustible qui se présente sous des particules de calibre plus réduit est représenté par la référence 12 et l'orifice des trémies par la référence 13.
  • Enfin, à la figure 4 est représentée une alimentation en combustibles liquides 14 qui parvient sur une sole 7˝. Le débit du combustible liquide peut de toute évidence être contrôlé et son écoulement sur la sole 7˝ provoque les effets décrits ci-dessus en ce sens que le combustible liquide s'évapore avec ou sans flamme, les imbrûlés sont repris par le conduit 10 faisant office de conden­sateur thermique pour circuler de la même manière dans un circuit de chicanes et échauffer la sole 7˝. Après instillation du comburant oxygéné les imbrûlés sont transformés, à hauteur du cendrier 6 en une phase dite de postcombustion.
  • Aux figures 5 et 6 on a montré schéma­tiquement la disposition d'un certain nombre de chicanes 15 et d'un déflecteur 16. Ces éléments ont pour but de prolonger le contact entre lez gaz chauds et la sole 7 (dans d'autres formes de réalisation les soles 7′ et 7˝). Il est évident qu'aussi bien la surface des chicanes que celle de la paroi interne des divers conduits peut être lisse ou pourvue d'aspérités retardant le passage des gaz chauds et prolongeant donc le contact de ceux-ci avec les parois à réchauffer.
  • Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution qui viennent d'être décrites et que bien des modifications pourraient y être apportées sans sortir de la présente demande de brevet.

Claims (12)

1. Foyer pouvant être alimenté par des combustibles solides ou liquides, comportant une enceinte présentant une entrée d'air de combustion et une sortie des fumées, ladite enceinte renfermant un corps de chauffe, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour rechauffer le combustible (7, 12, 14) afin d'en extraire la fraction gazeuse sous forme de gaz chauds qui sont dirigés par un jeu de conduits sous une sole (7, 7′, 7˝) sur laquelle est disposé le combustible solide (8, 12) ou étendu le combustible liquide (14) et qui est destinée à porter ces combustibles à une température à laquelle l'évaporation de ladite fraction gazeuse est possible grâce à l'échauffement de la sole (7, 7′, 7˝) précitée par les gaz chauds précités.
2. Foyer selon la revendication 1, carac­térisé en ce que la sole précitée (7, 7′, 7˝) est disposée de manière inclinée, la partie la plus basse étant située du côté avant du corps de chauffe (3), c.à.d. du côté qui comporte l'entrée d'air de combustion.
3. Foyer selon l'une quelconque des revendi­cations 1 et 2, caractérisé en ce que la sole précitée (7, 7′, 7˝),est située, en considérant le sens dans lequel circulent l'air de combustion et les fumées, en amont d'au moins un conduit (10) faisant office de condensateur thermique, c.à.d. de brûleur pour les gaz imbrûlés, destiné à capter les gaz chauds précités, ledit conduit (10) étant lui-même situé en amont d'un conduit qui dirige les gaz chauds sous la sole précitée (7, 7′, 7˝).
4. Foyer selon l'une quelconque des revendi­cations 1 - 3, caractérisé en ce que la sole précitée (7, 7′, 7˝) est plane.
5. Foyer selon l'une quelconque des revendi­cations 1 - 3, caractérisé en ce que la sole précitée (7, 7′, 7˝) épouse, en partie, la forme d'un tronc de cône.
6. Foyer selon l'une quelconque des revendi­cations 4 et 5, caractérisé en ce que la sole précitée (7, 7′, 7˝) est faite d'une matière réfractaire diffusante.
7. Foyer selon l'une quelconque des revendi­ cations 1 - 6, caractérisé en ce que la sole précitée (7, 7′, 7˝) présente à sa partie inférieure un rebord (9) destiné à retenir les combustibles (8).
8. Foyer selon l'une quelconque des revendi­cations 1 - 7, caractérisé en ce que le jeu de conduits précité est constitué par l'espace périmétrique qui subsiste entre l'enceinte pré­citée (1) et le corps de chauffe précité (3).
9. Foyer selon la revendication 8, carac­térisé en ce que l'espace périmétrique précité comporte, sous la sole précitée (7, 7′, 7˝) un jeu de chicanes (15) disposées de manière à repartir les gaz chauds le long de la sole précitée (7, 7′, 7˝).
10. Foyer selon l'une quelconque des reven­dications 3 - 9, caractérisé en ce qu'une entrée d'air secondaire est prévue à proximité de l'endroit où les fumées pénètrent dans le conduit (10) faisant office de condensateur thermique.
11. Foyer selon l'une quelconque des reven­dications 1 à 10, caractérisé en ce que le jeu de conduit dans lequel circulent les fumées et les gaz précités sont equipés de moyens tendant à retarder le passage des fumées et des gaz chauds.
12. Foyer selon la revendication 11, carac­térisé en ce que les moyens précités sont conçus et réalisés pour provoquer la postcombustion des gaz chauds circulant dans les conduits précités.
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