EP0854323A1 - Combustion chamber for air loaded with combustible particles - Google Patents

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Publication number
EP0854323A1
EP0854323A1 EP98430002A EP98430002A EP0854323A1 EP 0854323 A1 EP0854323 A1 EP 0854323A1 EP 98430002 A EP98430002 A EP 98430002A EP 98430002 A EP98430002 A EP 98430002A EP 0854323 A1 EP0854323 A1 EP 0854323A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
air
chamber according
orifice
smoke
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98430002A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jean Claude Pillard
Jean Claude Gauthier
Frédéric Bury
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Original Assignee
Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA filed Critical Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Publication of EP0854323A1 publication Critical patent/EP0854323A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F23G7/066—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel preheating the waste gas by the heat of the combustion, e.g. recuperation type incinerator

Definitions

  • the present invention relates to combustion chambers air charged with combustible particles.
  • the technical sector of the invention is the field of construction of combustion apparatus.
  • the main application of the invention is the realization of burners for incinerating combustible particles which can be present in the air and which are made up of compounds volatile or non-volatile organic: for this, it is known and even imposed by certain national laws, which now require that no longer able to release such organic compounds (which are generally polluting and which can in certain industrial fields represent more than 1% of the air rejected by the said industries), to bring the temperature of this air to high temperature, that is to say at least 800 ° C for 0.5 to 2 seconds depending on the type of organic compounds considered; such a temperature during this determined time indeed allows for thermal oxidation total of organic elements before the air is released into the atmosphere.
  • the problem posed is thus to be able to produce combustion of air charged with combustible particles, in which the outside heat energy supply is reduced to a minimum, making the best use of the combustion energy of compound particles incinerated, but without risk of destruction of ducts by self-ignition of charged feed air; which combustion chambers to occupy a volume and a minimum footprint, on the one hand to place said chambers closest to the places of production of said particles combustibles, thus limiting the lengths of conduits and sheaths air lines and on the other hand to adapt the size of each combustion chamber to the amount of locally produced particles.
  • a solution to the problem posed is a combustion chamber air charged with combustible particles comprising an enclosure surrounding the hearth, at least one supply inlet for said air and at at least one combustion smoke discharge orifice such as said air supply inlet is oriented against the current of the direction of smoke outlet through the orifice and opens, following a angle of inclination strictly less than 90 ° (in fact preferably less than 60 ° relative to the axis of the combustion chamber), against the wall of the enclosure surrounding the hearth upstream of said orifice, such way that the charged air thus injected against the wall of the enclosure of the combustion chamber, heats up on the one hand, in contact with this refractory wall heated by the flame and on the other hand, by the direct radiation thereof, constituting a contact exchanger direct.
  • Said combustion chamber also comprises at least one air supply duct towards said arrival in the enclosure of combustion, which duct has at least one common wall with that of smoke evacuation and constitutes with it an exchanger thermal.
  • Said combustion chamber also includes an injector auxiliary fuel auxiliary opening into said enclosure along the axis of the combustion chamber.
  • said surrounding enclosure the hearth is of cylindrical or frustoconical shape of revolution with section circular straight line and whose axis of revolution, which is also that of the combustion chamber is arranged vertically.
  • combustion chambers of particles which respond to the problem posed without having the disadvantages of known devices such as those mentioned above.
  • combustion chambers can be very compact sized to the amount of air and particles that we want to process and extrapolable in all dimensions while allowing recovery maximum energy, without risk of self-ignition and with simple implementation and therefore a reasonable cost.
  • Various options for improve said recovery of heat energy from smoke combustion can complete the following combustion chamber the invention, as described in the embodiments shown in the attached figures.
  • the layout and compactness of the combustion chambers allow them to be positioned vertically while occupying a reduced surface at ground level, and as close as possible to the desired locations: more this vertical position directing the evacuation of smoke naturally upwards improves the draft of the chamber combustion and allows direct connection to the roof of the room considered.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view along I I 'by example of figure 2 A, of an example of combustion chamber according to the invention.
  • Figure 2 is a partial longitudinal sectional view of another example of a combustion chamber, according to FIG. 2A.
  • Figure 2A is a sectional view along AA 'of the conduit flue gas exhaust from Figure 2.
  • Figure 3 is a longitudinal sectional view, as for the FIG. 1, of an example of a combustion chamber having certain options allowing in particular better recovery of thermal energy.
  • FIG. 4 is a partial view of a longitudinal section, according to IV IV 'of FIG. 4 B, of another example of conduit smoke evacuation.
  • Figure 4 B is a sectional view along B B 'of the conduit Figure 4.
  • FIG. 5 is another sectional view, like that of FIG. 4, along V V 'in Figure 5 C.
  • FIG. 5C is a sectional view along C C 'of FIG. 5.
  • Figure 6 is a longitudinal sectional view, like those of Figures 1 and 3, of another example of embodiment of a combustion according to the invention.
  • the air combustion chamber charged with combustible particles includes an enclosure 7 of revolution according to an axis X X 'which is also that of the combustion chamber, and preferably cylindrical or frustoconical with a circular cross section, of which the walls surround the hearth 1, at least one supply inlet 15 of said charged air whose combustible particles are to be incinerated in said hearth 1, and at least one orifice 16 for evacuating smoke from combustion outside said hearth 1.
  • the walls of the enclosure 7 are in refractory materials to withstand temperatures of the order of at least minus 800 ° C necessary to burn said combustible particles; the other supply or exhaust ducts are made in materials resistant to heat, but at temperatures below that of the home, which is one of the objectives that allows achieve the present invention by eliminating the risk of self-ignition fuel particles in the conduits feed.
  • said arrival 15 air supply is oriented in the enclosure 7 of the hearth 1 against current of the smoke outlet direction through the discharge orifice 16 and opens, at an angle ⁇ of so-called radial inclination (because giving a speed component directed towards the axis XX 'and perpendicular to this) between 0 and 90 °, in fact rather from 0 to 60 ° relative to and towards the XX 'axis, to always be directed towards the bottom of the enclosure 7 opposite the discharge orifice 16 and against the wall of the enclosure 7 upstream thereof.
  • the charged air which is then injected at a speed for example of the order of 40 meters per second, begins along the wall of the enclosure 7 either along the axis of the generators of this if the injection angles ⁇ and ⁇ (defined below) are zero in the case of a cylindrical enclosure shape, the air thus injected losing then its speed, it is entrained by the air exiting in the opposite direction of the combustion chamber and by turning back it feeds the flame formed inside the hearth 1 in which the particles of fuel are thus incinerated.
  • An auxiliary fuel injector 9 gaseous or atomized liquid placed in the bottom of the combustion chamber to the opposite of the discharge orifice 16 and along its axis XX ', realizes the fuel supply possibly necessary to maintain said flame, stabilize it and maintain the equilibrium temperature desired at output 16 of said focus 1.
  • the shape of the flame thus produced can be modified by varying the angle ⁇ of radial inclination of the air supply inlet 15 in the hearth 1 thanks to deflectors 8 which can also give a so-called tangential or peripheral inclination ⁇ (because giving a velocity component perpendicular to the XX 'axis and tangent to the straight section curve of the enclosure 7) of said air inlet which is then injected by forming a helical air flow: if the value of the angle ⁇ is close to 0, the air supply then being tangential at the wall, the flame will be more concentrated inside the hearth 1 then that if the angle ⁇ is more open, said flame tends to leave the focus 1.
  • the device also has the advantage of being able to adapt the operating conditions of the combustion chamber at flammability characteristics of the charged air thanks to the adjustment if necessary of said angle ⁇ as a function of the concentration of compounds organic in the air.
  • the combustion chamber 7 includes at least one duct 3 air supply, comprising upstream of said inlet 15, at minus a common wall 17 with that 5 of smoke evacuation and constituting with it a heat exchanger both by radiation only by convection.
  • said air inlet consists of an annular ring 15 1 surrounding said orifice 16 for evacuating smoke and said supply duct 3 1 then constitutes an annular wall peripheral to the duct d evacuation 5.
  • said air inlet 15 consists of several orifices 15 2 arranged around said orifice 16 for discharging the fumes and each of said orifices 15 2 , also comprising a deflector 8, and that of a tube 3 2 . Placed, one against the other or not, in the smoke exhaust duct 5 to an external chimney 6.
  • an exchanger additional in the low temperature zone combustion is that furthest from the hearth 1 in the duct 5 exhaust, by exhausting the heat contained and thus reducing the most possible the temperature of the fumes which will then be discharged into the chimney 6.
  • Figures 4 and 4B show an exemplary embodiment in which the air is supplied by tubes 3 2 located inside the exhaust pipe 5 of the fumes and arranged against their direction; said tubes 3 2 have longitudinal fins 11 corresponding to studs forming protrusion only outside of said tubes, while according to the embodiment of Figure 3 which has a single annular supply conduit 3 1 , said studs 11 pass through the single common wall 17 and constitutes protuberances in the two conduits 3 and 5.
  • the air supply is carried out with the same type of tubes 3 2 as in Figures 4, but the deflector 10, instead of being limited to occupying the near section of the axis XX 'as in Figures 4 occupies the entire section of the smoke exhaust duct 5 leaving only orifices surrounding each finned tube 3 1 , forcing the fumes to circulate around them.
  • said deflector 10 is hollow, constitutes a part of duct 3 for supplying air before that it is introduced into the supply duct (s) 3 arranged on the periphery of the smoke evacuation duct 5 and can itself include studs 11 passing through its wall.
  • the combustion chamber according to the invention may include a device for regulating the flow make-up fuel depending on the smoke temperature measured downstream of the orifice 16 for evacuating this smoke: such a device comprises at least one means 12 for measuring the temperature fumes, a member 14 for adjusting the feed rate of the auxiliary fuel injector 9, and a calculation unit 13 controlling said adjusting member 14 as a function of the measurement of temperature 12.
  • the combustion chamber according to the invention is represented with its vertical axis X X 'and mounted on feet supports 18 placed on the ground thus occupying a small footprint by compared to this: a direct connection to the roof of the room can be performed, improving the natural draft.
  • All of the combustion chambers shown in the different figures of course includes an external insulating wall 4 at least around the various ducts 3 for supplying the charged air and preheated, and the smoke evacuation duct 5 at the level of the heat exchange zone between these two fluids.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The combustion chamber consists of a housing (7) surrounding a furnace (1) with at least one outlet (16) for the combustion smoke and an air inlet (151) facing in the opposite direction to the outlet. The air feed has its outlet end in the form of a ring positioned round the inner wall of the chamber outside the smoke outlet with the air emerging at an angle of less than 90 degrees to the lengthwise axis of the chamber. The air is delivered to the ring through at least one duct (31) which has a common wall (17) with the smoke outlet which acts as a heat exchanger. In variants of the design the smoke outlet can have a central deflector which forces the smoke against the air ducts, and the chamber can have an injector (9) for additional fuel.

Description

La présente invention a pour objet des chambres de combustion d'air chargé de particules combustibles.The present invention relates to combustion chambers air charged with combustible particles.

Le secteur technique de l'invention est le domaine de la construction d'appareils à combustion.The technical sector of the invention is the field of construction of combustion apparatus.

L'application principale de l'invention est la réalisation de brûleurs permettant d'incinérer les particules combustibles qui peuvent être présentent dans l'air et qui sont constituées de composés organiques volatils ou non volatils : pour cela, il est connu et même imposé par certaines législations nationales, qui exigent à présent de ne plus pouvoir rejeter dans l'atmosphère de tels composés organiques (qui sont en effet généralement polluants et qui peuvent dans certains domaines industriels représenter plus d'1 % de l'air rejeté par les dites industries), de porter la température de cet air à haute température, c'est à dite au moins 800 °C pendant 0,5 à 2 secondes selon le type de composés organiques considérés ; une telle température pendant ce temps déterminé permet en effet de réaliser une oxydation thermique totale des éléments organiques avant le rejet de l'air dans l'atmosphère.The main application of the invention is the realization of burners for incinerating combustible particles which can be present in the air and which are made up of compounds volatile or non-volatile organic: for this, it is known and even imposed by certain national laws, which now require that no longer able to release such organic compounds (which are generally polluting and which can in certain industrial fields represent more than 1% of the air rejected by the said industries), to bring the temperature of this air to high temperature, that is to say at least 800 ° C for 0.5 to 2 seconds depending on the type of organic compounds considered; such a temperature during this determined time indeed allows for thermal oxidation total of organic elements before the air is released into the atmosphere.

Il est donc nécessaire pour chauffer ainsi cet air chargé, de lui fournir un apport énergétique assez important, cet apport étant d'autant plus gaspillé qu'il faut chauffer toute la masse d'air, soit 99 % d'air pur. On utilise pour cela, en général, un combustible de type gaz ou fuel, ou même de l'énergie électrique : cet apport énergétique coûte assez cher en frais d'exploitation et tous les constructeurs de tels incinérateurs ont cherché des moyens de réduire cet apport afin de diminuer le coût d'exploitation du procès de traitement par incinération. Parmi les moyens connus, on peut citer :

  • l'utilisation d'un catalyseur permettant d'obtenir une oxydation catalytique complète à une température plus basse, soit en dessous des 800 °C, ce qui réduit d'autant la nécessité d'apport calorifique extérieur mais cette technique est délicate et nécessite de régénérer ou de remplacer périodiquement le catalyseur.
  • l'utilisation de la chaleur contenue dans les fumées de combustion pour préchauffer la masse d'air chargée des particules que l'on veut brûler afin de porter celles-ci à une température aussi haute que possible et de diminuer alors ensuite l'apport calorifique extérieur nécessaire pour atteindre les 800 °C. Pour obtenir un tel préchauffage plusieurs techniques sont ainsi utilisées :
    • la première dite "récupératrice" consiste à utiliser un ou plusieurs échangeurs thermiques placés dans le conduit d'évacuation des fumées de combustion et à l'intérieur desquels on fait circuler l'air chargé avant combustion ; cette technique soulève cependant un problème important car un tel préchauffage de l'air chargé doit rester en dessous de la température d'auto-inflamation des particules combustibles, qui est en général de l'ordre de 450 °C, sous peine de risquer de détruire l'échangeur et/ou les gaines situées en aval de celui-ci : de ce fait, la récupération thermique grâce à de tels échangeurs et le rendement thermique global ne peuvent être que limités ; par voie de conséquence, l'apport calorifique extérieur, tel que par un brûleur de combustible d'appoint, reste assez importante même si, pour éviter le gaspillage énergétique, on dispose d'un deuxième échangeur récupérateur permettant de produire alors de l'eau chaude, de la vapeur ou un autre fluide thermique, mais cela complique bien sûr les installations, et ne réduit pas la consommation de combustible d'appoint, et est surtout inutile s'il n'y a pas de besoins de chauffer un tel fluide annexe ;
    • la deuxième technique connue de préchauffage de la masse d'air, dite "régénératrice", consiste à chauffer un lit de matière (en général en matériaux réfractaires ou céramiques) par les fumées de combustion pendant que l'air chargé est préchauffé par le passage dans un deuxième autre lit de matière identique monté en parallèle avec le premier ; on inverse ensuite les deux circuits et la matière qui a stocké l'énergie dans un premier temps la restitue ainsi dans un deuxième temps ; cette technique est assez chère et plutôt complexe du fait de la nécessité de doubler les circuits, d'en assurer l'étanchéité et d'avoir des manipulations de clapets ; de plus les lits de matières s'encrassent par le dépôt d'impuretés de produits extra lourds ou de poussières, nécessitant alors de les régénérer ; les installations utilisant de telles techniques sont volumineuses et s'adaptent mal aux petites tailles pour des traitements sur site, près des points d'émission des particules combustibles que l'on veut incinérer.
It is therefore necessary to heat this charged air in this way, to provide it with a fairly large energy supply, this supply being all the more wasted as the whole mass of air must be heated, ie 99% of pure air. For this, in general, a fuel of the gas or fuel type is used, or even electrical energy: this energy supply costs quite expensive in operating costs and all the manufacturers of such incinerators have sought means of reducing this supply. in order to reduce the operating cost of the incineration treatment process. Among the known means, we can cite:
  • the use of a catalyst making it possible to obtain complete catalytic oxidation at a lower temperature, ie below 800 ° C., which reduces the need for external heat supply all the same, but this technique is delicate and requires regenerate or replace the catalyst periodically.
  • the use of the heat contained in the combustion fumes to preheat the mass of air charged with the particles that we want to burn in order to bring them to a temperature as high as possible and then reduce the calorific intake exterior necessary to reach 800 ° C. To obtain such a preheating several techniques are thus used:
    • the first known as "recovery" consists in using one or more heat exchangers placed in the flue evacuation pipe and inside which the charged air is circulated before combustion; this technique however raises an important problem because such a preheating of the charged air must remain below the auto-ignition temperature of the combustible particles, which is generally of the order of 450 ° C., under penalty of risking destroy the exchanger and / or the sheaths located downstream thereof: therefore, the heat recovery thanks to such exchangers and the overall thermal efficiency can only be limited; as a consequence, the external calorific contribution, such as by an auxiliary fuel burner, remains quite significant even if, to avoid energy waste, there is a second recuperator exchanger making it possible to then produce water hot, steam or other thermal fluid, but this of course complicates installations, and does not reduce the consumption of auxiliary fuel, and is especially useless if there is no need to heat such a fluid Annex ;
    • the second known technique for preheating the air mass, known as "regenerating", consists in heating a bed of material (generally made of refractory or ceramic materials) by the combustion fumes while the charged air is preheated by the passage in a second other bed of identical material mounted in parallel with the first; the two circuits are then inverted and the material which has stored the energy in a first step thus restores it in a second step; this technique is quite expensive and rather complex because of the need to double the circuits, to seal them and to have manipulations of valves; moreover, the beds of materials become clogged with the deposition of impurities from extra heavy products or dust, thus necessitating their regeneration; installations using such techniques are bulky and ill-suited to small sizes for on-site treatments, near the emission points of the combustible particles that are to be incinerated.

Le problème posé est ainsi de pouvoir réaliser des chambres de combustion d'air chargé de particules combustibles, dans lesquelles l'apport d'énergie calorifique extérieur est réduit au minimum, en utilisant au mieux l'énergie de combustion des particules de composés organiques que l'on y incinère, mais sans risque de destruction des conduits par auto-inflamation de l'air d'alimentation chargé; lesquelles chambres de combustion devant occuper un volume et un encombrement au sol minimum, afin d'une part de placer lesdites chambres au plus près des endroits de production desdites particules combustibles, limitant ainsi les longueurs de conduits et de gaines de canalisations de l'air et d'autre part d'adapter la taille de chaque chambre de combustion à la quantité de particules produites localement.The problem posed is thus to be able to produce combustion of air charged with combustible particles, in which the outside heat energy supply is reduced to a minimum, making the best use of the combustion energy of compound particles incinerated, but without risk of destruction of ducts by self-ignition of charged feed air; which combustion chambers to occupy a volume and a minimum footprint, on the one hand to place said chambers closest to the places of production of said particles combustibles, thus limiting the lengths of conduits and sheaths air lines and on the other hand to adapt the size of each combustion chamber to the amount of locally produced particles.

Une solution au problème posé est une chambre de combustion d'air chargé de particules combustibles comportant une enceinte entourant le foyer, au moins une arrivée d'alimentation dudit air et au moins un orifice d'évacuation des fumées de combustion telle que ladite arrivée d'alimentation de l'air est orientée à contre courant de la direction de sortie des fumées par l'orifice et débouche, suivant un angle d'inclinaison strictement inférieur à 90° (en fait de préférence inférieur à 60° par rapport à l'axe de la chambre de combustion), contre la paroi de l'enceinte entourant le foyer en amont dudit orifice, de telle façon que l'air chargé ainsi injecté contre la paroi de l'enceinte de la chambre de combustion, se réchauffe d'une part, au contact de cette paroi réfractaire chauffée par la flamme et d'autre part, par le rayonnement direct de celle-ci, constituant un échangeur à contact direct.A solution to the problem posed is a combustion chamber air charged with combustible particles comprising an enclosure surrounding the hearth, at least one supply inlet for said air and at at least one combustion smoke discharge orifice such as said air supply inlet is oriented against the current of the direction of smoke outlet through the orifice and opens, following a angle of inclination strictly less than 90 ° (in fact preferably less than 60 ° relative to the axis of the combustion chamber), against the wall of the enclosure surrounding the hearth upstream of said orifice, such way that the charged air thus injected against the wall of the enclosure of the combustion chamber, heats up on the one hand, in contact with this refractory wall heated by the flame and on the other hand, by the direct radiation thereof, constituting a contact exchanger direct.

La dite chambre de combustion comprend en outre au moins un conduit d'alimentation de l'air vers ladite arrivée dans l'enceinte de combustion, lequel conduit comporte au moins une paroi commune avec celui d'évacuation des fumées et constitue avec celui-ci un échangeur thermique.Said combustion chamber also comprises at least one air supply duct towards said arrival in the enclosure of combustion, which duct has at least one common wall with that of smoke evacuation and constitutes with it an exchanger thermal.

La dite chambre de combustion comprend également un injecteur auxiliaire de combustible d'appoint débouchant dans ladite enceinte suivant l'axe de la chambre de combustion.Said combustion chamber also includes an injector auxiliary fuel auxiliary opening into said enclosure along the axis of the combustion chamber.

Dans un mode préférentiel de réalisation ladite enceinte entourant le foyer est de forme cylindrique ou tronconique de révolution à section droite circulaire et dont l'axe de révolution, qui est également celui de la chambre de combustion, est disposé verticalement.In a preferred embodiment, said surrounding enclosure the hearth is of cylindrical or frustoconical shape of revolution with section circular straight line and whose axis of revolution, which is also that of the combustion chamber is arranged vertically.

Le résultat est de nouvelles chambres de combustion d'air chargé de particules, qui répondent au problème posé sans avoir les inconvénients des dispositifs connus tels que ceux cités précédemment. En effet de telles chambres de combustion peuvent être très compactes dimensionnées à la quantité d'air et de particules que l'on veut traiter et extrapolables en toutes dimensions tout en permettant une récupération maximum d'énergie, sans risque d'auto-inflamation et avec une réalisation simple et donc d'un coût raisonnable. Diverses options pour améliorer ladite récupération d'énergie calorifique des fumées de combustion peuvent compléter la chambre de combustion suivant l'invention, tel que décrits dans les modes de réalisation représentés dans les figures ci-jointes.The result is new charged air combustion chambers of particles, which respond to the problem posed without having the disadvantages of known devices such as those mentioned above. Indeed such combustion chambers can be very compact sized to the amount of air and particles that we want to process and extrapolable in all dimensions while allowing recovery maximum energy, without risk of self-ignition and with simple implementation and therefore a reasonable cost. Various options for improve said recovery of heat energy from smoke combustion can complete the following combustion chamber the invention, as described in the embodiments shown in the attached figures.

La disposition et la compacité des chambres de combustion permettent de les positionner verticalement en occupant alors une surface réduite au niveau du sol, et au plus près des endroits souhaités : de plus cette position verticale dirigeant l'évacuation des fumées naturellement vers le haut améliore le tirage de la chambre de combustion et permet un raccordement directement en toiture du local considéré. The layout and compactness of the combustion chambers allow them to be positioned vertically while occupying a reduced surface at ground level, and as close as possible to the desired locations: more this vertical position directing the evacuation of smoke naturally upwards improves the draft of the chamber combustion and allows direct connection to the roof of the room considered.

On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. La description et les figures ci-après représentent des exemples de réalisation de l'invention mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée de l'étendue de l'invention, en particulier en changeant la forme des différents éléments constituant la chambre de combustion et/ou en y combinant les options décrites ou toutes autres qui peuvent être rajoutées.One could cite other advantages of the present invention but those cited above already show enough to prove the novelty and interest. The description and the figures below represent examples of embodiment of the invention but have no character limiting: other realizations are possible within the scope the scope of the invention, in particular by changing the form of the different elements making up the combustion chamber and / or combining the options described or any other that may be added.

La figure 1 est une vue en coupe longitudinale, suivant I I' par exemple de la figure 2 A, d'un exemple de chambre de combustion suivant l'invention.Figure 1 is a longitudinal sectional view along I I 'by example of figure 2 A, of an example of combustion chamber according to the invention.

La figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un autre exemple de chambre de combustion, suivant la figure 2A.Figure 2 is a partial longitudinal sectional view of another example of a combustion chamber, according to FIG. 2A.

La figure 2A est une vue en coupe suivant AA' du conduit d'évacuation des fumées de la chambre de combustion de la figure 2.Figure 2A is a sectional view along AA 'of the conduit flue gas exhaust from Figure 2.

La figure 3 est une vue en coupe longitudinale, comme pour la figure 1, d'un exemple de chambre de combustion disposant de certaines options permettant en particulier une meilleure récupération de l'énergie thermique.Figure 3 is a longitudinal sectional view, as for the FIG. 1, of an example of a combustion chamber having certain options allowing in particular better recovery of thermal energy.

La figure 4 est une vue partielle d'une coupe longitudinale, suivant IV IV' de la figure 4 B, d'un autre exemple de conduit d'évacuation des fumées.FIG. 4 is a partial view of a longitudinal section, according to IV IV 'of FIG. 4 B, of another example of conduit smoke evacuation.

La figure 4 B est une vue en coupe suivant B B' du conduit d'évacuation de la figure 4.Figure 4 B is a sectional view along B B 'of the conduit Figure 4.

La figure 5 est une autre vue en coupe, comme celle de la figure 4, suivant V V' de la figure 5 C.FIG. 5 is another sectional view, like that of FIG. 4, along V V 'in Figure 5 C.

La figure 5C est une vue en coupe suivant C C' de la figure 5.FIG. 5C is a sectional view along C C 'of FIG. 5.

La figure 6 est une vue en coupe longitudinale, comme celles des figures 1 et 3, d'un autre exemple de réalisation d'une chambre de combustion suivant l'invention.Figure 6 is a longitudinal sectional view, like those of Figures 1 and 3, of another example of embodiment of a combustion according to the invention.

D'une manière connue, la chambre de combustion d'air chargé de particules combustibles, comporte une enceinte 7 de révolution suivant un axe X X' qui est également celui de la chambre de combustion, et de préférence cylindrique ou tronconique à section droite circulaire, dont les parois entourent le foyer 1, au moins une arrivée 15 d'alimentation dudit air chargé dont on veut incinérer les particules combustibles dans ledit foyer 1, et au moins un orifice 16 d'évacuation des fumées de combustion hors dudit foyer 1. Les parois de l'enceinte 7 sont en matériaux réfractaires pour résister aux températures de l'ordre d'au moins 800 °C nécessaires pour brûler lesdites particules combustibles ; les autres conduits d'alimentation ou d'évacuation sont réalisés en matériaux résistant certes à la chaleur mais à température en dessous de celle du foyer, ce qui est du reste l'un des objectifs que permet d'atteindre la présente invention en éliminant les risques d'auto-inflamation des particules de combustibles dans les conduits d'alimentation. En effet, selon l'invention ladite arrivée 15 d'alimentation de l'air est orientée dans l'enceinte 7 du foyer 1 à contre courant de la direction de sortie des fumées par l'orifice 16 d'évacuation et débouche, suivant un angle α d'inclinaison dite radiale (car donnant une composante de vitesse dirigée vers l'axe XX' et perpendiculaire à celui-ci) compris entre 0 et 90°, en fait plutôt de 0 à 60° par rapport et vers l'axe XX', pour être de toute façon toujours dirigé vers le fond de l'enceinte 7 à l'opposé de l'orifice d'évacuation 16 et contre la paroi de l'enceinte 7 en amont de celui-ci. L'air chargé, qui est injecté alors à une vitesse par exemple de l'ordre de 40 mètres par seconde, commence à longer la paroi de l'enceinte 7 soit suivant l'axe des génératrices de celle-ci si les angles d'injection α et β (défini ci-après) sont nuls dans le cas d'une forme d'enceinte cylindrique, l'air ainsi injecté perdant ensuite de sa vitesse, il est entraíné par l'air sortant en sens inverse de la chambre de combustion et en rebroussant chemin il alimente la flamme formée à l'intérieur du foyer 1 dans laquelle les particules de combustible sont ainsi incinérées.In known manner, the air combustion chamber charged with combustible particles, includes an enclosure 7 of revolution according to an axis X X 'which is also that of the combustion chamber, and preferably cylindrical or frustoconical with a circular cross section, of which the walls surround the hearth 1, at least one supply inlet 15 of said charged air whose combustible particles are to be incinerated in said hearth 1, and at least one orifice 16 for evacuating smoke from combustion outside said hearth 1. The walls of the enclosure 7 are in refractory materials to withstand temperatures of the order of at least minus 800 ° C necessary to burn said combustible particles; the other supply or exhaust ducts are made in materials resistant to heat, but at temperatures below that of the home, which is one of the objectives that allows achieve the present invention by eliminating the risk of self-ignition fuel particles in the conduits feed. According to the invention, said arrival 15 air supply is oriented in the enclosure 7 of the hearth 1 against current of the smoke outlet direction through the discharge orifice 16 and opens, at an angle α of so-called radial inclination (because giving a speed component directed towards the axis XX 'and perpendicular to this) between 0 and 90 °, in fact rather from 0 to 60 ° relative to and towards the XX 'axis, to always be directed towards the bottom of the enclosure 7 opposite the discharge orifice 16 and against the wall of the enclosure 7 upstream thereof. The charged air, which is then injected at a speed for example of the order of 40 meters per second, begins along the wall of the enclosure 7 either along the axis of the generators of this if the injection angles α and β (defined below) are zero in the case of a cylindrical enclosure shape, the air thus injected losing then its speed, it is entrained by the air exiting in the opposite direction of the combustion chamber and by turning back it feeds the flame formed inside the hearth 1 in which the particles of fuel are thus incinerated.

Un injecteur 9 auxiliaire de combustible d'appoint (gazeux ou liquide atomisé) disposé dans le fond de la chambre de combustion à l'opposé de l'orifice d'évacuation 16 et suivant son axe X X', réalise l'apport de combustible éventuellement nécessaire pour entretenir ladite flamme, la stabiliser et maintenir la température d'équilibre désiré en sortie 16 dudit foyer 1.An auxiliary fuel injector 9 (gaseous or atomized liquid) placed in the bottom of the combustion chamber to the opposite of the discharge orifice 16 and along its axis XX ', realizes the fuel supply possibly necessary to maintain said flame, stabilize it and maintain the equilibrium temperature desired at output 16 of said focus 1.

La forme de la flamme ainsi réalisée peut être modifiée en variant l'angle α d'inclinaison radiale de l'arrivée 15 d'alimentation de l'air dans le foyer 1 grâce à des déflecteurs 8 qui peuvent également donner une inclinaison β dite tangentielle ou périphérique (car donnant une composante de vitesse perpendiculaire à l'axe XX' et tangente à la courbe de section droite de l'enceinte 7) de ladite arrivée d'air qui est alors injectée en formant un courant d'air en hélice : si la valeur de l'angle α est proche de 0, l'alimentation de l'air étant alors tangentielle à la paroi, la flamme sera plus concentrée à l'intérieur du foyer 1 alors que si l'angle α est plus ouvert, ladite flamme a tendance à sortir du foyer 1.The shape of the flame thus produced can be modified by varying the angle α of radial inclination of the air supply inlet 15 in the hearth 1 thanks to deflectors 8 which can also give a so-called tangential or peripheral inclination β (because giving a velocity component perpendicular to the XX 'axis and tangent to the straight section curve of the enclosure 7) of said air inlet which is then injected by forming a helical air flow: if the value of the angle α is close to 0, the air supply then being tangential at the wall, the flame will be more concentrated inside the hearth 1 then that if the angle α is more open, said flame tends to leave the focus 1.

L'air chargé ainsi injecté contre la paroi de l'enceinte 7 de la chambre de combustion se réchauffe d'une part au contact de cette paroi réfractaire chauffée par la flamme et d'autre part par le rayonnement direct de celle-ci : une telle disposition constitue de fait un échangeur à contact direct qui permet de chauffer l'air chargé sans se soucier de l'auto-inflamation des particules combustibles que l'on veut incinérer puisqu'une telle auto-inflamation peut alors intervenir à tout moment sans risque car elle se produira dans le foyer 1 lui-même.The charged air thus injected against the wall of the enclosure 7 of the combustion chamber on the one hand heats up on contact with this wall refractory heated by flame and secondly by radiation direct from it: such an arrangement in fact constitutes a heat exchanger direct contact which allows the charged air to be heated without worrying about the self-ignition of combustible particles that we want to incinerate since such self-ignition can then occur at any time without risk because it will occur in the outbreak 1 itself.

Le dispositif présente de plus l'avantage de pouvoir adapter les conditions de fonctionnement de la chambre de combustion aux caractéristiques d'inflammabilité de l'air chargé grâce à l'ajustement si nécessaire dudit angle α en fonction de la concentration en composés organiques dans l'air.The device also has the advantage of being able to adapt the operating conditions of the combustion chamber at flammability characteristics of the charged air thanks to the adjustment if necessary of said angle α as a function of the concentration of compounds organic in the air.

Pour permettre à cet air injecté par l'arrivée 15 d'alimentation, d'être chauffé ainsi directement dans le foyer à une température la plus proche de celle d'auto-inflamation, si ce n'est de préférence même au delà, et réduisant alors pour incinérer ensuite les composés organiques l'apport énergétique externe, il est préférable de préchauffer cet air avant l'arrivée 15 de l'air dans l'enceinte 7 de combustion : pour cela la chambre de combustion comprend au moins un conduit 3 d'alimentation de l'air, comportant en amont de ladite arrivée 15, au moins une paroi commune 17 avec celui 5 d'évacuation des fumées et constituant avec celui-ci un échangeur thermique tant par rayonnement que par convection.To allow this air injected through the supply inlet 15, to be heated thus directly in the hearth to a temperature more close to that of self-ignition, if not preferably even at beyond, and then reducing to then incinerate the organic compounds external energy supply, it is preferable to preheat this air before the air 15 arrives in the combustion chamber 7: for this the combustion chamber includes at least one duct 3 air supply, comprising upstream of said inlet 15, at minus a common wall 17 with that 5 of smoke evacuation and constituting with it a heat exchanger both by radiation only by convection.

Suivant le mode de réalisation de la figure 1, ladite arrivée d'air est constituée d'une couronne annulaire 151 entourant ledit orifice 16 d'évacuation des fumées et ledit conduit d'alimentation 31 constitue alors une paroi annulaire périphérique au conduit d'évacuation 5.According to the embodiment of Figure 1, said air inlet consists of an annular ring 15 1 surrounding said orifice 16 for evacuating smoke and said supply duct 3 1 then constitutes an annular wall peripheral to the duct d evacuation 5.

Suivant le mode de réalisation des figures 2 et 2 A, ladite arrivée d'air 15 est constituée de plusieurs orifices 152 disposés autour dudit orifice 16 d'évacuation des fumées et chacun desdits orifices 152, comportant également un déflecteur 8, et celui d'un tube 32. Placé, les uns contre les autres ou non, dans le conduit d'évacuation 5 des fumées vers une cheminée externe 6.According to the embodiment of Figures 2 and 2 A, said air inlet 15 consists of several orifices 15 2 arranged around said orifice 16 for discharging the fumes and each of said orifices 15 2 , also comprising a deflector 8, and that of a tube 3 2 . Placed, one against the other or not, in the smoke exhaust duct 5 to an external chimney 6.

Pour optimiser encore au plus le rendement thermique global de la chambre de combustion il peut être rajouté un échangeur supplémentaire dans la zone des basses températures des fumées de combustion soit celle la plus éloignée du foyer 1 dans le conduit 5 d'évacuation, en épuisant la chaleur contenue et réduisant ainsi le plus possible la température des fumées qui seront ensuite rejetées dans la cheminée 6.To further optimize the overall thermal efficiency of the combustion chamber can be added an exchanger additional in the low temperature zone combustion is that furthest from the hearth 1 in the duct 5 exhaust, by exhausting the heat contained and thus reducing the most possible the temperature of the fumes which will then be discharged into the chimney 6.

Afin d'éviter d'avoir à augmenter pour cela d'une manière trop importante la surface d'échange qui serait nécessaire pour compenser l'écart de température qui est ainsi de plus en plus faible entre les fumées sortantes et l'air chargé rentrant 2, le transfert thermique peut être amélioré par l'adjonction des éléments suivants tels que représentés sur les figures 3 à 5 :

  • le au moins dit conduit 3 d'alimentation de l'air comporte des plots 11 en matériau conducteur de chaleur traversant ladite paroi commune 17 et formant des excroissances au moins par rapport à la surface de celle-ci située dans le conduit 5 d'évacuation des fumées ; de tels plots réalisent un pontage thermique entre les fumées et l'air chargé rentrant 2 à préchauffer et sont réalisés avec un métal à fort coefficient de conductivité thermique tel que le cuivre.
  • ledit conduit 5 d'évacuation des fumées comporte un déflecteur 10 central forçant les fumées à passer près de ladite paroi commune 17 et suivant une vitesse plus élevée que celle au niveau de l'orifice d'évacuation 16.
In order to avoid having to increase the exchange surface which would be necessary for this to be too large, which would be necessary to compensate for the temperature difference which is thus becoming smaller and smaller between the outgoing fumes and the returning charged air. 2, the heat transfer can be improved by adding the following elements as shown in FIGS. 3 to 5:
  • the at least one said air supply duct 3 comprises studs 11 made of heat conducting material passing through said common wall 17 and forming protrusions at least with respect to the surface thereof located in the exhaust duct 5 fumes; such studs carry out a thermal bridging between the fumes and the charged air entering 2 to be preheated and are produced with a metal with a high coefficient of thermal conductivity such as copper.
  • the said smoke evacuation duct 5 comprises a central deflector 10 forcing the fumes to pass near the said common wall 17 and at a speed higher than that at the level of the evacuation orifice 16.

Les figures 4 et 4B représentent un exemple de réalisation dans lequel l'alimentation de l'air est réalisé par des tubes 32 situés à l'intérieur du conduit d'évacuation 5 des fumées et disposés à contre sens de celles-ci ; lesdits tubes 32 comportent des ailettes longitudinales 11 correspondant à des plots formant excroissance uniquement à l'extérieur desdits tubes, alors que suivant le mode de réalisation de la figure 3 qui comporte un seul conduit d'alimentation 31 annulaire, lesdits plots 11 traversent l'unique paroi commune 17 et constitue des excroissances dans les deux conduits 3 et 5.Figures 4 and 4B show an exemplary embodiment in which the air is supplied by tubes 3 2 located inside the exhaust pipe 5 of the fumes and arranged against their direction; said tubes 3 2 have longitudinal fins 11 corresponding to studs forming protrusion only outside of said tubes, while according to the embodiment of Figure 3 which has a single annular supply conduit 3 1 , said studs 11 pass through the single common wall 17 and constitutes protuberances in the two conduits 3 and 5.

Suivant le mode de réalisation des figures 5 et 5 C, l'alimentation d'air est réalisée avec le même type de tubes 32 que dans les figures 4, mais le déflecteur 10, au lieu d'être limité à occuper la section proche de l'axe X X' comme sur les figures 4 occupe toute la section du conduit d'évacuation 5 des fumées en laissant seulement des orifices entourant chaque tube 31 aileté, obligeant les fumées à circuler autour de ceux-ci.According to the embodiment of Figures 5 and 5 C, the air supply is carried out with the same type of tubes 3 2 as in Figures 4, but the deflector 10, instead of being limited to occupying the near section of the axis XX 'as in Figures 4 occupies the entire section of the smoke exhaust duct 5 leaving only orifices surrounding each finned tube 3 1 , forcing the fumes to circulate around them.

Suivant le mode de réalisation de la figure 6, ledit déflecteur 10 est creux, constitue une partie de conduit 3 d'alimentation de l'air avant que celui-ci soit introduit dans le ou les conduits 3 d'alimentation disposés à la périphérie du conduit 5 d'évacuation des fumées et peut comporter lui-même des plots 11 traversant sa paroi.According to the embodiment of Figure 6, said deflector 10 is hollow, constitutes a part of duct 3 for supplying air before that it is introduced into the supply duct (s) 3 arranged on the periphery of the smoke evacuation duct 5 and can itself include studs 11 passing through its wall.

Tel que représenté sur la figure 3, la chambre de combustion selon l'invention peut comprendre un dispositif de régulation du débit du combustible d'appoint en fonction de la température des fumées mesurées en aval de l'orifice 16 d'évacuation de ces fumées : un tel dispositif comporte au moins un moyen de mesure 12 de la température des fumées, un organe 14 de réglage du débit d'alimentation de l'injecteur 9 auxiliaire de combustible d'appoint, et une unité de calcul 13 pilotant ledit organe de réglage 14 en fonction de la mesure de température 12.As shown in Figure 3, the combustion chamber according to the invention may include a device for regulating the flow make-up fuel depending on the smoke temperature measured downstream of the orifice 16 for evacuating this smoke: such a device comprises at least one means 12 for measuring the temperature fumes, a member 14 for adjusting the feed rate of the auxiliary fuel injector 9, and a calculation unit 13 controlling said adjusting member 14 as a function of the measurement of temperature 12.

Suivant cette figure 5 la chambre de combustion selon l'invention est représentée avec son axe X X' vertical et montée sur des pieds supports 18 posés sur le sol occupant ainsi un faible encombrement par rapport à celui-ci : un raccordement direct en toiture du local peut être effectué, améliorant le tirage naturel.According to this figure 5 the combustion chamber according to the invention is represented with its vertical axis X X 'and mounted on feet supports 18 placed on the ground thus occupying a small footprint by compared to this: a direct connection to the roof of the room can be performed, improving the natural draft.

L'ensemble des chambres de combustion représenté sur les différentes figures comporte bien entendu une paroi isolante externe 4 au moins autour des différents conduits 3 d'alimentation de l'air chargé et préchauffé, et du conduit 5 d'évacuation des fumées au niveau de la zone d'échange thermique entre ces deux fluides.All of the combustion chambers shown in the different figures of course includes an external insulating wall 4 at least around the various ducts 3 for supplying the charged air and preheated, and the smoke evacuation duct 5 at the level of the heat exchange zone between these two fluids.

Claims (10)

Chambre de combustion d'air chargé de particules combustibles comportant une enceinte (7) entourant le foyer (1), au moins un orifice (16) d'évacuation des fumées de combustion et au moins une arrivée (15) d'alimentation dudit air orientée à contre courant de la direction de sortie des fumées par l'orifice (16) caractérisé en ce que ladite amenée d'air (15) débouche en couronne suivant un angle d'inclinaison inférieur à 90 ° par rapport à l'axe XX', contre la paroi de l'enceinte (7) entourant le foyer (1) en amont dudit orifice (16).Particle-loaded air combustion chamber fuels comprising an enclosure (7) surrounding the hearth (1), at at least one orifice (16) for evacuating combustion fumes and at minus an inlet (15) for supplying said air oriented against current of the smoke outlet direction through the orifice (16) characterized in that said air intake (15) opens in a ring following a angle of inclination less than 90 ° relative to the axis XX ', against the wall of the enclosure (7) surrounding the hearth (1) upstream of said orifice (16). Chambre de combustion suivant la revendication 1 caractérisée en ce que ladite arrivée d'air (15) est constituée d'une couronne annulaire (151) entourant ledit orifice (16) d'évacuation des fumées.Combustion chamber according to claim 1 characterized in that said air inlet (15) consists of an annular ring (15 1 ) surrounding said orifice (16) for evacuating smoke. Chambre de combustion suivant la revendication 1 caractérisée en ce que ladite arrivée d'air (15) est constituée de plusieurs orifices (152) disposés en couronne autour dudit orifice (16) d'évacuation des fumées.Combustion chamber according to claim 1 characterized in that said air inlet (15) consists of several orifices (15 2 ) arranged in a ring around said orifice (16) for discharging the fumes. Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un conduit (3) d'alimentation de l'air vers ladite arrivée (15) dans l'enceinte (7) de combustion, lequel conduit (3) comporte au moins une paroi commune (17) avec celui (5) d'évacuation des fumées et constitue avec celui-ci un échangeur thermique.Combustion chamber according to any one of Claims 1 to 3 characterized in that it comprises at least one air supply duct (3) to said inlet (15) in the combustion chamber (7), which conduit (3) comprises at least one common wall (17) with that (5) of smoke evacuation and constitutes therewith a heat exchanger. Chambre de combustion suivant la revendication 4 caractérisée en ce que le au moins dit conduit (3) d'alimentation de l'air comporte des plots (11) en matériau conducteur de chaleur, traversant ladite paroi commune (17) et formant des excroissances par rapport à la surface de celle-ci située dans le conduit (5) d'évacuation des fumées.Combustion chamber according to claim 4 characterized in that the at least said air supply duct (3) comprises studs (11) of heat conducting material, passing through said wall common (17) and forming protrusions with respect to the surface of this located in the flue exhaust pipe (5). Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications 4 ou 5 caractérisée en ce que ledit conduit (5) d'évacuation des fumées comporte un déflecteur (10) central forçant les fumées à passer près de ladite paroi commune (17) et suivant une vitesse plus élevée que celle au niveau de l'orifice d'évacuation (16). Combustion chamber according to any one of claims 4 or 5 characterized in that said conduit (5) smoke evacuation comprises a central deflector (10) forcing the fumes to pass near said common wall (17) and at a speed higher than that at the discharge opening (16). Chambre de combustion suivant la revendication 6 caractérisée en ce que ledit déflecteur (10) est creux et constitue une partie du conduit (3) d'alimentation de l'air.Combustion chamber according to claim 6 characterized in that said deflector (10) is hollow and forms part of the air supply duct (3). Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce qu'elle comprend un injecteur (9) auxiliaire de combustible d'appoint débouchant dans ladite enceinte (7) suivant son axe de révolution XX'.Combustion chamber according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that it comprises an injector (9) auxiliary fuel auxiliary opening into said enclosure (7) along its axis of revolution XX '. Chambre de combustion suivant la revendication 8 caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif (12, 13, 14) régulant le débit du combustible d'appoint en fonction de la température des fumées mesurée en aval de l'orifice (16) d'évacuation des fumées.Combustion chamber according to claim 8 characterized in that it comprises a device (12, 13, 14) regulating the flow of the auxiliary fuel depending on the flue gas temperature measured downstream of the smoke evacuation orifice (16). Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que ladite enceinte (7) entourant le foyer (1) est de forme cylindrique de révolution à section droite circulaire et dont l'axe de révolution XX' est disposé verticalement.Combustion chamber according to any one of claims 1 to 9 characterized in that said enclosure (7) surrounding the hearth (1) is of cylindrical shape of revolution with cross section circular and whose axis of revolution XX 'is arranged vertically.
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