EP0882201B1 - Chaudiere a alimentation continue en combustible solide parcellise - Google Patents

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EP0882201B1
EP0882201B1 EP97905203A EP97905203A EP0882201B1 EP 0882201 B1 EP0882201 B1 EP 0882201B1 EP 97905203 A EP97905203 A EP 97905203A EP 97905203 A EP97905203 A EP 97905203A EP 0882201 B1 EP0882201 B1 EP 0882201B1
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EP
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combustion chamber
boiler
fuel
boiler according
air
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EP97905203A
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EP0882201A1 (fr
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René Tabel
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/34—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water chamber arranged adjacent to the combustion chamber or chambers, e.g. above or at side
    • F24H1/36—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water chamber arranged adjacent to the combustion chamber or chambers, e.g. above or at side the water chamber including one or more fire tubes
    • 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
    • F23B1/30—Combustion apparatus using only lump fuel characterised by the form of combustion chamber
    • F23B1/36—Combustion apparatus using only lump fuel characterised by the form of combustion chamber shaft-type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K3/00—Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus
    • F23K3/16—Over-feed arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/06—Regulating fuel supply conjointly with draught
    • F23N1/065—Regulating fuel supply conjointly with draught using electrical or electromechanical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/04—Measuring pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/02—Ventilators in stacks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2239/00—Fuels
    • F23N2239/02—Solid fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2230/00—Solid fuel fired boiler

Definitions

  • the invention is in the field of heating techniques, and it relates to a boiler with continuous supply of divided solid fuel.
  • boilers including two superimposed floors, the lower one housing a bedroom combustion and the other superior housing an exchanger.
  • a access is provided in the combustion chamber for supply solid fuel, wood in particular.
  • a problem with these boilers is that they do not allow continuous fuel supply of the combustion chamber. Indeed, the contribution in fuel is carried through the loading door, which remains closed during combustion so as not to induce disruptive air circulation; we remember that from in general, the modalities of air circulation in the combustion chambers are essential for the maintenance of combustion, and therefore constitutes a problem to be solved in the case of a continuous supply of solid fuel.
  • combustion devices comprising a closed combustion chamber continuously supplied with solid fuel, including wood waste.
  • solid fuel including wood waste.
  • the smoke produced by combustion is exhausted from the enclosure through a duct, and the heat they give off is withdrawn, using a water exchanger for example.
  • the object of the invention is to propose a boiler with continuous supply of solid fuel divided out, which provides high yield and control reliable combustion and smoke composition, including the operation is carried out naturally in complete safety, and which is of a simple structure, and therefore of a cost competitive cost, both vis-à-vis the devices of the kind of of those using a fuel from another nature.
  • a continuous feed boiler in the fragmented solid fuel of the invention is mainly composed of two superimposed floors, one of which lower, in which is located a vertical extension tubular combustion in which lead to fuel supply means, and including another superior, in which are located a exchanger and a smoke evacuation pipe, both floors communicating via a nozzle for the escape of flames out of the combustion chamber towards the exchanger, under the effect of air circulation means, says primary, from the base of the combustion chamber and axially through its interior space, towards the duct smoke evacuation.
  • the aforementioned organization of the boiler results in high efficiency, in reason for optimization of combustion and offtake of the heat produced, optimization obtained with the means upward ventilation from the base of the combustion up to the smoke exhaust duct, after their passage through the exchanger, ventilation means upward including the organization of the boiler in two superimposed stages communicating by a nozzle of the flames from the combustion, and the tubular configuration of the combustion chamber which is arranged vertically.
  • the means of air circulation are means of depressurizing upper and lower floors from downstream of the floor superior.
  • the combustion chamber is preferably placed in an air intake chamber primary, its base opening into the latter, at the interior of which the intake chamber is introduced from controlled air from outside the boiler, prior to its introduction into the room combustion.
  • Such arrangements in the process of operation of the boiler, constitute means of preheating in contact with the outer wall of the chamber combustion air, primary air introduced into the chamber of admission prior to its introduction into the room combustion.
  • the means of supply in fuel are additionally placed under the dependence on timing means, to compensate by successive short cycles on-off reaction times from the boiler to sudden variations in combustion and pressure (depression) inside the chamber combustion, resulting from a fuel supply in this last.
  • the boiler of the invention further comprises means of air intake, called secondary, inside of the combustion chamber through at least one orifice radial formed at its apex and opening at the base of the nozzle, and means for adjusting the amount of air secondary admitted for adjusting the composition of smoke, and therefore, smoke pollution rates evacuated from the boiler.
  • the nozzle opens in the upper floor in a burn pot which is a means to cause a fallout of the ashes and unconsumed solid particles in the nozzle and prohibit dispersal in the upper ash floor and unburned particles, in particular to limit fouling of the upper floor.
  • the upper floor is advantageously provided at its top with an access door to the exchanger and then to the combustion chamber through the nozzle, to facilitate maintenance of the boiler and including cleaning the exchanger.
  • the exchanger is for example generally formed by a double-walled cylinder arranged around of the burn pot, between which walls extend axially at the exchanger a plurality of tubes for the smoke circulation, the cylinder being provided at its top a refractory cover overhanging the combustion to return flames from the flames to the nozzle escape, the heads and unburnt particles.
  • the tubes are advantageously internally provided with helical cores intended for force the passage of smoke along the wall of the tubes, and thereby promote heat exchange.
  • the said means fuel supply type are "screwless end "
  • the said screw passes through the wall of the combustion to lead, at one of its ends, to near the top of the latter, the other end being intended to communicate with the outlet of a silo containing a reserve of divided solid fuel.
  • the outlet of the silo is preferably closed by means of additional division of the fragmented fuel it contains, so that it does not be admitted in the supply screw that materials whose dimensions do not exceed a threshold determined.
  • the said means of division of the fuel are for example constituted by a plate shutter of the silo outlet provided with a light passage of materials, and by a disc driven in rotation superimposed on the plate and itself provided with a light passage of materials, so that too much material long are sheared between the rotating disc and the stage when they fall out of the silo.
  • the silo is provided a centrifugal arm for stirring the fuel it contains and feeds fuel from the silo walls towards its outlet.
  • a boiler is supplied with solid fuel divided out by means of a screw endless 2 connected to a silo 4.
  • the boiler is overall consisting of an upper stage 6 in which is disposed a water exchanger 8, and a lower stage 10 in which is arranged a vertical tubular combustion chamber 12 to the inside of which the worm 2. opens. Both floors 6 and 10 communicate with each other by through a nozzle 14 through which escape the flames out of the combustion chamber 12 towards the exchanger 8.
  • Combustion is maintained thanks to an upward flow of primary air taken from outside the boiler, which first circulates in a primary air intake chamber 16 surrounding the combustion 12, then axially through the latter 12 from its base towards the nozzle 14, and in a second step, in the form of smoke, through the heating tubes 18 of the exchanger 8 to a pipe 20 for evacuating the fumes of the boiler.
  • the primary air circulation is obtained by means 22, such as turbine, generators of a depression inside upper floors 6 and lower 10, said means 22 being located downstream of the upper floor 6 to create a call for air through the nozzle 14, through the combustion chamber 12 from its base, and through the primary air intake chamber 16 from outside the boiler.
  • the boiler is self-regulating thanks to means of monitoring and controlling its operation: the user has means 72 for selecting a target temperature of the water in the exchanger 8 measured by thermostatic means 70. In the case where the water temperature is below the temperature of setpoint, the thermostatic means 70 control the setting in turbine run 22.
  • a vacuum switch 24 controls, depending of the vacuum prevailing in the air intake chamber 16 primary, the implementation of supply means 2 in fuel from the combustion chamber 12, in the case where said depression is above a determined threshold and preset. When the depression reaches the said threshold, the vacuum switch 24 controls the stopping of means 2 fuel supply.
  • thermostatic means 70 control the stopping of the means 22 for placing under vacuum. Stopping the primary air intake, and therefore the absence of vacuum chamber 16 measured by vacuum switch 24, induced the latter's command 24 to stop the means 2 supply.
  • the nozzle 14 opens into a jar of combustion 28 and is overhung by a cover 30 in refractory material resting on the exchanger 8, for cause ash and solid particles to settle not consumed in the nozzle 14.
  • the opening of the primary air intake valve 38 to the interior of the intake chamber 16 is placed under the dependence on an electromagnet 74, the implementation of which is controlled by said thermostatic means 70 simultaneously with that of the means 22 generators of depression.
  • the valve 38 is shaped as a primary air inlet lock, one of the openings of which is closed by a first flap 76, for presetting the maximum amount of air admissible inside the boiler, and of which the other opening is closed by a second 78 maneuverable flap by said electromagnet 74.
  • the latter 74 constitutes a means for firmly holding the second flap 78 in position opening, to avoid variations in air flow admitted which would result from instability and oscillations flap 78 in the open position under the effect of turbulence, which would undermine the control of the composition of the fumes discharged from the boiler.
  • the vacuum switch 24 is placed inside the airlock 38, in order to get a certain stop means 2 fuel supply in the event of a the electromagnet 74, and therefore in case of closing inoportune of the second part 78 under the effect of its own weight, while the depression means 22 are assets.
  • floors 6 and 10 have an enclosure respectively formed by a box 42 and 44, the boxes 42 and 44 being assembled to each other, by bolting 46 in particular.
  • the combustion chamber 12 is consisting of a rolled sheet 48 inside which is molded a refractory lining 50, the said sheet 48 being then welded to the upper wall of the box 44 of the floor lower 10, so as to be supported by the latter in suspension and thereby clear the opening of the base the combustion chamber 12 to allow the passage of primary air.
  • the combustion chamber 12 could rest on the bottom of lower case 44 by means of a base at the base of the combustion chamber 12 sufficient clearance for air circulation primary.
  • the outlet of the silo is closed by a plate 56 provided with a light 58 for the passage of materials, and by a superimposed disc 60 to the plate 56 and connected to means 64 for driving in rotation, disc 60 itself provided with the same light 58, so that materials cannot be admitted into the worm 2 only on condition that their parceling is sufficient.
  • a centrifugal arm 66 connected to means 64 for rotating drive is provided to drive the materials contained in silo 4 towards its outlet.
  • This arm 66 crenellated and rotated on itself, rolls on a ring gear 68 fitted to silo 4 around the axis of the last.
  • tubular combustion chamber 12 delimits an interior volume, preferably conical, so in particular to get a drop of the fuel in its axial zone rather only along its wall, thanks to which the fuel gets naturally found at the base of the combustion 12. It will also be noted that thanks to these provisions, the combustion chamber 12 is all the more more robust, which is preferable since it where it helps support the burn pot 28.
  • the boiler of the invention is in additionally equipped with an automatic ignition device, comprising means 80,82,84,86 for pulsating a stream of air hot, such as between 480 ° C and 520 ° C, at the base of the combustion chamber 12.
  • This device comprises means 80 for taking air from the outside of the boiler and circulate it through a resistor 82 for heating, then through a conduit 86 to the base of the combustion chamber.
  • the implementation of the blower means 80 is placed under the dependence on timing means 84, so that the hot air is spontaneously kept pulsating at the base of the combustion chamber for a predetermined period, from 1 to 5 minutes for example, when switching on the boiler.
  • the means blowers 80, air heating 82, and timer 84 are located away from the combustion chamber, and even preferably outside the boiler, whereby the said means do not require any special arrangements to preserve them from the heat of the hearth, and finally whereby their manufacturing cost is reduced.
  • the boiler of the invention is of preferably equipped with means for ash removal from the base of the combustion chamber 12, in order to avoid clogging detrimental to the free flow of air through the combustion chamber 12.
  • These means include a squeegee 92 animated back and forth (arrow 1) to make drop the ashes in a tank 88, located at the base of the boiler, through 90 communication lights between the ash tank 88 and the intake chamber air 16, said lights 90 opening in the vicinity of the periphery of the combustion chamber 12.
  • the movement of the squeegee 92 can be generated either manually by the user at his discretion, either and preferably regularly through motor means 94, for through a gear including a rack 96 fitted to the squeegee 92.

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Description

L'invention est du domaine des techniques de chauffage, et elle a pour objet une chaudière à alimentation continue en combustible solide parcellisé.
On connaít des chaudières comprenant deux étages superposés, l'un inférieur logeant une chambre de combustion et l'autre supérieur logeant un échangeur. Un accès est ménagé dans la chambre de combustion pour l'apport en combustible solide, bois notamment. On pourra plus particulièrement se reporter aux brevets FR 582578 (Ets DELOR et THIBAULT) ou FR-A-62385 qui décrivent des chaudières du genre. Un problème posé par ces chaudières réside dans le fait qu'elles n'autorisent pas une alimentation en continue en combustible de la chambre de combustion. En effet, l'apport en combustible s'effectue par la porte de chargement, qui demeure fermée au cours de la combustion pour ne pas induire une circulation d'air perturbatrice ; on rappelle que d'une manière générale, les modalités de circulation d'air dans les chambres de combustion sont primordiales pour l'entretien de la combustion, et constitue donc un problème à résoudre dans le cas d'une alimentation continue en combustible solide.
L'évolution des techniques a conduit à l'élaboration de dispositifs de combustion comprenant une enceinte de combustion fermée alimentée en continu en combustible solide parcellisé, déchets de bois notamment. Les fumées dégagées par la combustion sont évacuées hors de l'enceinte par un conduit, et la chaleur qu'elles dégagent en est prélevée, au moyen d'un échangeur à eau par exemple.
Ces dispositifs répondent au double objectif d'éliminer les déchets par combustion, et de saisir l'opportunité de la chaleur produite pour chauffer des locaux. Il résulte de cette démarche que les concepteurs n'ont pas optimisé la combustion et l'échange des dispositifs connus du genre, au détriment de leur rendement.
Par ailleurs, l'évolution de la réglementation nécessite un contrôle et une maítrise des fumées rejetées, tant au niveau de leur température qu'au niveau de leur pollution. Pour répondre à ces contraintes, les concepteurs ont été conduits à aménager l'enceinte de combustion pour y introduire de l'air extérieur, non seulement pour attiser la combustion par une insufflation d'air, dit primaire, mais aussi par un apport d'air supplémentaire, dit secondaire, pour le contrôle de la composition des fumées. De tels aménagements sont d'autant plus délicats à mettre en oeuvre que l'alimentation en combustible s'effectue par des moyens d'amenée surplombant l'enceinte de combustion, tels qu'une vis sans fin reliée à un silo, ce qui induit un risque potentiel d'incendie de la réserve de combustible.
Ces aménagements, complexes et coûteux, constituent un frein au développement des dispositifs du genre.
Ainsi, les démarches antérieures de conception des dispositifs de combustion à alimentation continue en combustible solide parcellisé, et les aménagements nécessaires pour leur mise en conformité, induisent un coût de fabrication pour un rendement faible tels, que d'une part ils ne sont pas compétitifs par rapport aux dispositifs de chauffage alimentés à partir d'une autre source d'énergie, tel que le mazout, et d'autre part qu'ils apparaissent comme désuets au regard de l'évolution des techniques.
Le but de l'invention est de proposer une chaudière à alimentation continue en combustible solide parcellisé, qui offre un rendement élevé et un contrôle fiable de la combustion et de la composition des fumées, dont le fonctionnement s'effectue naturellement en toute sécurité, et qui soit d'une structure simple, et de ce fait d'un coût de revient compétitif, tant vis à vis des dispositifs du genre que de ceux utilisant un combustible d'une autre nature.
Une chaudière à alimentation continue en combustible solide parcellisé de l'invention, est principalement composée de deux étages superposés, dont un inférieur, dans lequel est localisée une chambre de combustion tubulaire à extension verticale dans laquelle débouchent des moyens d'approvisionnement en combustible, et dont un autre supérieur, dans lequel sont localisés un échangeur et un conduit d'évacuation des fumées, les deux étages communiquant par l'intermédiaire d'une buse pour l'échappée des flammes hors de la chambre de combustion vers l'échangeur, sous l'effet de moyens de circulation d'air, dit primaire, depuis la base de la chambre de combustion et axialement à travers son espace intérieur, vers le conduit d'évacuation des fumées.
L'organisation susvisée de la chaudière a pour résultat d'offrir un rendement élevé, en raison de l'optimisation de la combustion et du prélèvement de la chaleur produite, optimisation obtenue grâce aux moyens de ventilation ascendante depuis la base de la chambre de combustion jusqu'au conduit d'évacuation des fumées, après leur passage dans l'échangeur, moyens de ventilation ascendante comprenant notamment l'organisation de la chaudière en deux étages superposés communiquant par une buse d'échappée des flammes issues de la combustion, et la configuration tubulaire de la chambre de combustion qui est disposée verticalement.
Selon l'invention, les moyens de circulation d'air sont des moyens de mise en dépression des étages supérieur et inférieur depuis l'aval de l'étage supérieur.
Il résulte du choix de moyens du type "à dépression" plutôt que de moyens du type "à pulsion", que l'air circulant entre les étages ne peut pas, de façon naturelle, suivre un parcours autre que celui qui lui est imposé depuis la base de la chambre de combustion jusqu'au conduit d'évacuation des fumées, et finalement que la chaudière offre une sécurité fiable d'utilisation, la combustion ne pouvant naturellement pas s'étendre à l'extérieur de l'enceinte formée par la chaudière, dans les moyens d'approvisionnement en combustible notamment.
La chambre de combustion est de préférence disposée dans une chambre d'admission d'air primaire, sa base débouchant dans cette dernière, à l'intérieur de laquelle chambre d'admission est introduit de manière contrôlée l'air primaire depuis l'extérieur de la chaudière, préalablement à son introduction dans la chambre de combustion.
De telles dispositions, en cours de fonctionnement de la chaudière, constituent des moyens de préchauffage au contact de la paroi extérieure de la chambre de combustion, de l'air primaire introduit dans la chambre d'admission préalablement à son introduction dans la chambre de combustion.
Selon une forme préférée de réalisation, la chaudière est équipée de moyens d'autorégulation de son fonctionnement, les dits moyens comprenant :
  • a) des moyens de sélection par l'utilisateur d'au moins une température de consigne à la sortie de l'échangeur, et des moyens thermostatiques pour commander la mise en marche et l'arrêt des moyens de mise en dépression, respectivement en dessous et au-dessus du seuil de la, ou des, dites températures de consigne, et
  • b) un vacuostat pour mesurer la dépression à l'intérieur de la chambre d'admission d'air, et pour commander la mise en marche et l'arrêt des moyens d'approvisionnement en combustible de la chambre de combustion, respectivement au-dessus et au-dessous d'un seuil déterminé de la dite dépression, seuil déterminé et pré-réglé en fonction des pertes de charges maximales tolérées résultant de la résistance offerte par le combustible présent dans la chambre de combustion à l'encontre de l'introduction de l'air primaire dans cette dernière, et donc déterminé et pré-réglé en fonction de la quantité maximale de combustible tolérée dans la chambre de combustion.
    • Ces dispositions permettent une autorégulation de la chaudière : la température de l'eau dans l'échangeur n'atteignant pas la température de consigne (ou la température la plus élevée dans le cas où les moyens de sélection permettent de déterminer une plage de températures de consigne) et les moyens de mise en dépression étant de ce fait mis en oeuvre, l'approvisionnement en combustible de la chambre de combustion perdure tant que la dépression n'a pas chuté en dessous du seuil déterminé, en raison de l'insuffisance de combustible présent dans la chambre de combustion, et/ou en raison d'une température toujours insuffisante de l'eau, et de ce fait du maintien en fonctionnement des moyens de mise en dépression.
    De préférence, les moyens d'approvisionnement en combustible sont en outre placés sous la dépendance de moyens de temporisation, pour compenser par des cycles courts successifs marche-arrêt les temps de réaction de la chaudière aux brusques variations de combustion et de pression (dépression) à l'intérieur de la chambre de combustion, résultant d'un apport en combustible dans cette dernière.
    Selon des aménagements particuliers de la chaudière de l'invention, celle-ci comprend en outre des moyens d'admission d'air, dit secondaire, à l'intérieur de la chambre de combustion à travers au moins un orifice radial ménagé à son sommet et débouchant à la base de la buse, et des moyens de réglage de la quantité d'air secondaire admise pour le réglage de la composition des fumées, et de ce fait, des taux de pollution des fumées évacuées hors de la chaudière.
    Selon un autre aspect de l'invention relevant de la maintenance de la chaudière, la buse débouche dans l'étage supérieur dans un pot de combustion qui constitue un moyen pour provoquer une retombée des cendres et des particules solides non consumées dans la buse et interdire une dispersion dans l'étage supérieur des cendres et des particules non brûlées, afin notamment de limiter l'encrassement de l'étage supérieur.
    De plus, l'étage supérieur est avantageusement pourvu à son sommet d'une porte d'accès à l'échangeur, puis à la chambre de combustion à travers la buse, pour faciliter la maintenance de la chaudière et notamment le nettoyage de l'échangeur.
    L'échangeur est par exemple globalement formé d'un cylindre à double-paroi disposé autour du pot de combustion, entre lesquelles parois s'étendent axialement à l'échangeur une pluralité de tubes pour la circulation des fumées, le cylindre étant pourvu à son sommet d'un couvercle en matière réfractaire surplombant le pot de combustion pour renvoyer vers la buse les flammes qui s'en s'échappent, les condres et les particules non brûlées.
    Les tubes sont avantageusement pourvus intérieurement de noyaux hélicoïdaux destinés à forcer le passage des fumées le long de la paroi des tubes, et de ce fait à favoriser l'échange de chaleur.
    Selon une forme préférée de réalisation, dans laquelle les dits moyens d'approvisionnement en combustible sont du type "à vis sans fin", la dite vis traverse la paroi de la chambre de combustion pour déboucher, à l'une de ses extrémités, au voisinage du sommet de cette dernière, l'autre extrémité étant destinée à communiquer avec le débouché d'un silo contenant une réserve de combustible solide parcellisé.
    Le débouché du silo est de préférence obturé par des moyens de division supplémentaire du combustible parcellisé qu'il contient, de telle sorte que ne soient admis dans la vis d'approvisionnement que des matériaux dont les dimensions ne dépassent pas un seuil déterminé.
    Les dits moyens de division du combustible sont par exemple constitués par une platine d'obturation du débouché du silo pourvue d'une lumière de passage des matériaux, et par un disque entraíné en rotation superposé à la platine et lui-même pourvu d'une lumière de passage des matériaux, de telle sorte que des matériaux trop longs soient cisaillés entre le disque rotatif et la platine lors de leur chute hors du silo.
    De préférence, le silo est pourvu d'un bras centrifuge de brassage du combustible qu'il contient et d'amenée du combustible depuis les parois du silo vers son débouché.
    La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaítront, à la description qui va en être faite d'une forme préférée de réalisation, en relation avec les figures de la planche annexée, dans laquelle :
  • la fig.1 est une illustration en coupe d'une forme préférée de réalisation d'une chaudière de l'invention,
  • les fig.2 et 3 sont des représentations schématiques en perspective, respectivement en vue éclatée et assemblée, des organes équipant le débouché d'un silo pour l'approvisionnement en combustible d'une chaudière de l'invention.
  • la fig.4 est une illustration en coupe d'une forme perfectionnée de réalisation d'une chaudière telle que celle représentée sur la fig.1.
    • Sur la fig.1, une chaudière est alimentée en combustible solide parcellisé au moyen d'une vis sans fin 2 reliée à un silo 4.
    La chaudière est globalement constituée d'un étage supérieur 6 dans lequel est disposé un échangeur à eau 8, et d'un étage inférieur 10 dans lequel est disposée une chambre de combustion tubulaire verticale 12 à l'intérieur de laquelle débouche la vis sans fin 2. Les deux étages 6 et 10 communiquent l'un avec l'autre par l'intermédiaire d'une buse 14 à travers laquelle s'échappent les flammes hors de la chambre de combustion 12 vers l'échangeur 8.
    La combustion est entretenue grâce à un courant ascendant d'air primaire prélevé à l'extérieur de la chaudière, qui circule dans un premier temps dans une chambre d'admission d'air primaire 16 entourant la chambre de combustion 12, puis axialement à travers cette dernière 12 depuis sa base vers la buse 14, et dans un deuxième temps, sous forme de fumées, à travers les tubes 18 de chauffage de l'échangeur 8 vers un conduit 20 d'évacuation des fumées hors de la chaudière.
    La circulation d'air primaire est obtenue grâce à des moyens 22, tels que turbine, générateurs d'une dépression à l'intérieur des étages supérieur 6 et inférieur 10, les dits moyens 22 étant situés en aval de l'étage supérieur 6 pour créer un appel d'air à travers la buse 14, à travers la chambre de combustion 12 depuis sa base, et à travers la chambre d'admission d'air primaire 16 depuis l'extérieur de la chaudière.
    La chaudière est autorégulée grâce à des moyens de contrôle et de commande de son fonctionnement : l'utilisateur dispose de moyens 72 de sélection d'une température de consigne de l'eau dans l'échangeur 8 mesurée par des moyens thermostatiques 70. Dans le cas où la température de l'eau est inférieure à la température de consigne, les moyens thermostatiques 70 commandent la mise en marche de la turbine 22.
    Un vacuostat 24 commande, en fonction de la dépression régnant dans la chambre 16 d'admission d'air primaire, la mise en oeuvre des moyens 2 d'approvisionnement en combustible de la chambre de combustion 12, dans le cas où la dite dépression est supérieure à un seuil déterminé et pré-réglé. Lorsque la dépression atteint le dit seuil, le vacuostat 24 commande l'arrêt des moyens 2 d'approvisionnement en combustible.
    Lorsque la température de l'eau dans l'échangeur 8 est atteinte et/ou est supérieure à la température de consigne, les moyens 70 thermostatiques commandent l'arrêt des moyens 22 de mise en dépression. L'arrêt de l'admission d'air primaire, et donc l'absence de dépression la chambre 16 mesurée par le vacuostat 24, induit la commande par ce dernier 24 de l'arrêt des moyens 2 d'approvisionnement.
    La buse 14 débouche dans un pot de combustion 28 et est surplombée par un couvercle 30 en matière réfractaire reposant sur l'échangeur 8, pour provoquer une retombée des cendres et des particules solides non consumées dans la buse 14.
    De l'air secondaire, destiné à parfaire la combustion, est introduit sous l'effet des moyens 22 générateurs de dépression, depuis l'extérieur de la chaudière à travers une chambre fermée 32 entourant le sommet de la chambre de combustion 12, puis à travers des orifices radiaux 34 ménagés dans cette dernière 12.
    On remarquera que les quantités d'air admises à l'intérieur de la chaudière, tant air secondaire qu'air primaire, sont ajustables au moyen de vannes de réglage 36 et 38 respectives, mais qu'en cours de fonctionnement de la chaudière, autorégulée à la manière qui vient d'être décrite, l'utilisateur n'a comme seule opération à accomplir que la sélection de la température de consigne.
    Selon une disposition avantageuse, l'ouverture de la vanne 38 d'admission d'air primaire à l'intérieur de la chambre d'admission 16 est placée sous la dépendance d'un électro-aimant 74, dont la mise en oeuvre est commandée par les dits moyens thermostatiques 70 simmultanément à celle des moyens 22 générateurs de dépression.
    Sur l'exemple illustré sur la fig.1, la vanne 38 est conformée en sas d'admission d'air primaire, dont l'une des ouvertures est obturée par un premier volet 76, pour le pré-réglage de la quantité maximale d'air admissible à l'intérieur de la chaudière, et dont l'autre ouverture est obturée par un deuxième volet 78 manoeuvrable par le dit électro-aimant 74. Ce dernier 74 constitue un moyen de maintien ferme du deuxième volet 78 en position d'ouverture, afin d'éviter des variations de débit d'air admis qui résulteraient d'une instabilité et d'oscillations du volet 78 en position d'ouverture sous l'effet de turbulences, ce qui porterait atteinte à la maítrise de la composition des fumées évacuées hors de la chaudière.
    En position de fermeture du deuxième volet 78, une quantité déterminée d'air primaire est néanmoins admise à l'intérieur de la chambre d'admission 16 en provenance du sas, de telle sorte que la vanne 38 offre deux débits possibles d'admission d'air, l'un maximal lorsque les moyens de dépression 22 et l'électro-aimant 74 sont actifs, l'autre minimal lorsque les moyens de dépression 22 sont à l'arrêt et le deuxième volet 78 en position de fermeture, débit minimal juste suffisant pour le maintien de la combustion.
    Dans la présente disposition, la prise du vacuostat 24 est disposée à l'intérieur du sas 38, afin d'obtenir un arrêt certain des moyens 2 d'approvisionnement en combustible en cas de panne de l'electro-aimant 74, et donc en cas da la fermeture inoportune du deuxième volet 78 sous l'effet de son propre poids, alors que les moyens de mise en dépression 22 sont actifs.
    On remarquera aussi la présence d'une porte d'accès 40 à l'échangeur 8 et à la chambre de combustion 12, après retrait du couvercle 30, articulée au sommet de l'étage supérieur 6.
    Selon une forme simple et préférée de réalisation, les étages 6 et 10 comportent une enceinte respective formée chacune par un caisson 42 et 44, les caissons 42 et 44 étant assemblés l'un à l'autre, par boulonnage 46 notamment. La chambre de combustion 12 est constituée d'une tôle roulée 48 à l'intérieur de laquelle est moulé un revêtement réfractaire 50, la dite tôle 48 étant ensuite soudée à la paroi supérieure du caisson 44 de l'étage inférieur 10, de manière à être supportée par ce dernier en suspension et de ce fait, à dégager l'ouverture de la base de la chambre de combustion 12 pour autoriser le passage de l'air primaire. De manière équivalente mais néanmoins non préférée, la chambre de combustion 12 pourrait reposer sur le fond du caisson inférieur 44 par l'intermédiaire d'un piétement ménageant à la base de la chambre de combustion 12 un dégagement suffisant pour la circulation de l'air primaire.
    On remarquera aussi la présence avantageuse de noyaux hélicoïdaux à l'intérieur des tubes 18 de passage des fumées de l'échangeur 8.
    On notera par ailleurs la présence d'une porte 54 ménagée à la base de l'étage inférieur 10 pour l'accès à la base de la chambre de combustion 12, en vue de l'allumage de la chaudière et de l'évacuation des cendres, un cendrier, non représenté sur les figures, étant de préférence disposé sous la chambre de combustion 12.
    Sur les fig.1, 2 et 3, le débouché du silo est obturé par une platine 56 pourvue d'une lumière 58 pour le passage des matériaux, et par un disque 60 superposé à la platine 56 et relié à des moyens 64 d'entraínement en rotation, disque 60 lui-même pourvu d'une 62 même lumière 58, de manière à ce que les matériaux ne puissent être admis dans la vis sans fin 2 qu'à la condition que leur parcellisation soit suffisante.
    Un bras centrifuge 66 relié à des moyens 64 d'entraínement en rotation est prévu pour conduire les matériaux contenus dans le silo 4 vers son débouché. Ce bras 66, crénelé et entraíné en rotation sur lui-même, roule sur une couronne dentée 68 équipant le silo 4 autour de l'axe de ce dernier.
    On remarquera que de manière avantageuse les moyens 64 d'entraínement en rotation du disque 60 et du bras 66 sont confondus.
    En se reportant à la figure 4, on remarquera que la chambre tubulaire de combustion 12 délimite un volume intérieur de préférence conique, afin notamment d'obtenir une chute du combustible dans sa zone axiale plutôt que le long de sa paroi, grâce à quoi le combustible se trouve naturellement réparti à la base de la chambre de combustion 12. On remarquera par ailleurs que grâce à ces dispositions, la chambre de combustion 12 en est d'autant plus robuste, ce qui est préférable dans la mesure où elle où elle participe au soutien du pot de combustion 28.
    Selon les perfectionnements représentés sur la fig.4, la chaudière de l'invention est en outre équipée d'un dispositif d'allumage automatique, comprenant des moyens 80,82,84,86 pour pulser un filet d'air brûlant, tel que d'une température comprise entre 480°C et 520°C, à la base de la chambre de combustion 12. Ce dispositif comprend des moyens 80 pour prélever l'air à l'extérieur de la chaudière et le faire circuler à travers une résistance 82 en vue de son chauffage, puis à travers un conduit 86 jusqu'à la base de la chambre de combustion. La mise en oeuvre des moyens pulseurs 80 est placée sous la dépendance de moyens de temporisation 84, de telle sorte que l'air brûlant soit spontanément maintenu pulsé à la base de la chambre de combustion pendant une période prédéterminée, de 1 à 5 minutes par exemple, lors de l'allumage de la chaudière. On notera que grâce à ces dispositions, les moyens pulseurs 80, de chauffage de l'air 82, et de temporisation 84 sont disposés à l'écart de la chambre de combustion, et même de préférence à l'extérieur de la chaudière, grâce à quoi les dits moyens ne nécessitent pas d'aménagements particuliers pour les préserver de la chaleur du foyer, et finalement grâce à quoi leur coût de fabrication en est réduit.
    La chaudière de l'invention est de préférence équipée de moyens de décendrage de la base de la chambre de combustion 12, en vue d'éviter un engorgement préjudiciable à la libre circulation d'air à travers la chambre de combustion 12. Ces moyens comprennent une raclette 92 animée d'un mouvement de va et vient (flèche 1) pour faire tomber les cendres dans un réservoir 88, disposé à la base de la chaudière, à travers des lumières 90 de communication entre le réservoir à cendre 88 et la chambre d'admission d'air 16, les dites lumières 90 débouchant au voisinage de la périphérie de la chambre de combustion 12. Le mouvement de la raclette 92 peut être généré, soit manuellement par l'utilisateur à sa discrétion, soit et de préférence régulièrement grâce à des moyens moteurs 94, par l'intermédiaire d'une pignonerie comprenant une crémaillère 96 équipant la raclette 92.

    Claims (13)

    1. Chaudière à alimentation continue en combustible solide parcellisé, chaudière principalement composée de deux étages (6,10) superposés, dont un inférieur (10), dans lequel est localisée une chambre de combustion tubulaire à extension verticale (12) dans laquelle débouchent des moyens d'approvisionnement (2,26) en combustible, et dont un autre, supérieur (6), dans lequel sont localisés un échangeur (8) et un conduit (20) d'évacuation des fumées, les deux étages (6,10) communiquant par l'intermédiaire d'une buse (14) pour l'échappée des flammes hors de la chambre de combustion (12) vers l'échangeur (8), sous l'effet de moyens (22) de circulation d'air depuis la base de la chambre de combustion (12) et axialement à travers son espace intérieur, vers le conduit (20) d'évacuation des fumées, caractérisée:
         en ce que les moyens (22) de circulation d'air, dit air primaire, sont des moyens de mise en dépression des étages supérieur (6) et inférieur (10) depuis l'aval de l'étage supérieur (6).
    2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée :
         en ce que la chambre de combustion (12) est disposée dans une chambre (16) d'admission d'air primaire, sa base débouchant dans cette dernière, à l'intérieur de laquelle chambre d'admission (16) est introduit de manière contrôlée (38) l'air primaire préalablement à son introduction dans la chambre de combustion (12).
    3. Chaudière selon la revendication 2, caractérisée :
         en ce qu'elle est équipée de moyens d'autorégulation de son fonctionnement, les dits moyens comprenant :
      a) des moyens (72) de sélection par l'utilisateur d'au moins une température de consigne de l'eau à la sortie de l'échangeur (8), et des moyens thermostatiques (70) pour commander la mise en marche et l'arrêt des moyens (22) de mise en dépression, respectivement en dessous et au dessus du seuil de la dite température de consigne au moins, et
      b) un vacuostat (24) pour mesurer la dépression régnant dans la chambre (16) d'admission d'air primaire, et pour commander la mise en marche et l'arrêt des moyens (2) d'approvisionnement en combustible de la chambre de combustion (12), respectivement au dessus et au dessous d'un seuil déterminé du débit d'admission d'air primaire.
    4. Chaudière selon la revendication 3, caractérisée :
         en ce que les moyens (2) d'approvisionnement en combustible sont en outre placés sous la dépendance de moyens de temporisation.
    5. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée :
         en ce qu'elle comprend en outre des moyens (32) d'admission d'air, dit secondaire, à l'intérieur de la chambre de combustion (12) à travers au moins un orifice radial (34) ménagé à son sommet, et des moyens de réglage (36) de la quantité d'air secondaire admise.
    6. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée :
         en ce la buse (14) débouche dans l'étage supérieur dans un pot de combustion (28) qui constitue un moyen pour provoquer une retombée des cendres et des particules solides non consumées dans la buse (14) et interdire une dispersion dans l'étage supérieur des cendres et des particules non brûlées.
    7. Chaudière selon la revendication 6, caractérisée :
         en ce que l'échangeur (8) est globalement formé d'un cylindre à double-paroi disposé autour du pot de combustion (28), entre lesquelles parois s'étendent axialement à l'échangeur (8) une pluralité de tubes (18) pour la circulation des fumées, le cylindre étant pourvu à son sommet d'un couvercle (30) en matière réfractaire surplombant le pot de combustion (28) pour renvoyer vers la buse (14) les flammes qui s'en échappent, les cendres et les particules non brûlées.
    8. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée :
         en ce que l'étage supérieur (6) est pourvu à son sommet d'une porte d'accès (40) à l'échangeur (8) et à la chambre de combustion (12) à travers la buse (14).
    9. Chaudière selon la revendication 1, les dits moyens d'approvisionnement en combustible étant du type "à vis sans fin", caractérisée :
         en ce que la dite vis (2) traverse la paroi de la chambre de combustion (12) pour déboucher, à l'une de ses extrémités, au voisinage du sommet de cette dernière (12), l'autre extrémité étant destinée à communiquer avec le débouché d'un silo (4) contenant une réserve de combustible solide parcellisé.
    10. Chaudière selon la revendication 9, caractérisée :
      en ce que le débouché du silo (4) est obturé par des moyens (56,58,60,62,64) de division supplémentaire du combustible parcellisé qu'il contient ;
      de telle sorte que ne soit admis dans la vis d'approvisionnement (2) que des matériaux dont les dimensions ne dépassent pas un seuil déterminé.
    11. Chaudière selon la revendication 10, caractérisée :
      en ce que les dits moyens de division du combustible sont constitués par une platine (56) d'obturation du débouché du silo (4) pourvue d'une lumière (58) de passage des matériaux, et par un disque (60) entraíné (64) en rotation superposé à la platine (56) et lui-même pourvu d'une lumière (62) de passage des matériaux,
      de telle sorte que des matériaux trop longs soient cisaillés entre le disque rotatif (60) et la platine (56) lors de leur chute hors du silo.
    12. Chaudière selon la revendication 10, caractérisée :
         en ce que le silo (4) est pourvu d'un bras centrifuge (66) de brassage du combustible qu'il contient et d'amenée du combustible depuis les parois du silo (4) vers son débouché.
    13. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée :
         est en outre équipée d'un dispositif d'allumage automatique, comprenant des moyens (80,82,84,86) pour pulser un filet d'air brûlant à la base de la chambre de combustion (12).
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