EP3108180A1 - Foyer a combustible solide - Google Patents

Foyer a combustible solide

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Publication number
EP3108180A1
EP3108180A1 EP15703997.5A EP15703997A EP3108180A1 EP 3108180 A1 EP3108180 A1 EP 3108180A1 EP 15703997 A EP15703997 A EP 15703997A EP 3108180 A1 EP3108180 A1 EP 3108180A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow body
fireplace according
burner
gases
secondary air
Prior art date
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Granted
Application number
EP15703997.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3108180B1 (fr
Inventor
Gérard Pitance
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STUV SA
Original Assignee
STUV SA
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Filing date
Publication date
Application filed by STUV SA filed Critical STUV SA
Publication of EP3108180A1 publication Critical patent/EP3108180A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3108180B1 publication Critical patent/EP3108180B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B10/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers
    • F23B10/02—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers including separate secondary combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • F23L9/04—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel  by discharging the air beyond the fire, i.e. nearer the smoke outlet

Definitions

  • the present invention relates to a solid fuel fireplace having a stepped burner.
  • the combustion of solid fuels has the specific feature that it decomposes in two stages.
  • a first phase takes place at the level of the fuel bed which, when heated to high temperature, decomposes into combustible gas, on the one hand, and solid carbon, on the other hand.
  • This same solid carbon is consumed in the presence of oxygen which makes it possible to maintain the fuel bed at a high temperature and to maintain the pyrolysis phenomenon.
  • the pyrolysis gases can also be burned. To do this, it is necessary that they are brought into the presence of oxygen, mixed with it and brought to a high temperature for a period of time sufficient for the combustion to be complete.
  • EP 0 401 205 B1 discloses a boiler with a primary combustion chamber, a secondary combustion chamber and respective primary air and secondary air transmission devices.
  • the secondary air supply device has the configuration of a double-walled cone frustum, the inner envelope being pierced with holes allowing the distribution of secondary air inside the truncated cone crossed by the gases of the primary combustion chamber.
  • This system has the disadvantage that it has been optimized to obtain good combustion at the expense of the aesthetics of the flame. Indeed, the many secondary air supply holes inside the truncated cone will give rise to small unsightly flames in the secondary combustion chamber.
  • JP S55 155110 A discloses an oxidation device mounted on a combustion chamber to remove carbon monoxide.
  • this device secondary air is introduced into a passage around a conical body in which the combustion gases circulate. Due to the upward movement of the combustion gases and the secondary air, the latter are mixed above the conical body before coming into contact with a catalyst layer.
  • US Pat. No. 4,945,837 A discloses a pellet feed system for a furnace.
  • This system has a fin to direct the fuel to the combustion plate in the upper position and includes ventilation tubes to prevent ignition and combustion of fuel stored in bins.
  • the fin prevents the fuel particles from falling back into the auger and being ground into smaller particles.
  • the present invention aims to achieve a home whose layout of the various components of the burner provides an optimized combustion while ensuring the aesthetic qualities of the flame.
  • Figure 1 shows a sectional view of the burner within the fireplace according to the invention.
  • Figures 2 and 3 show a top view of the burner trays.
  • the openings in the plate for the introduction of primary air are in the form of circular orifices while in Figure 3, they are in the form of grooves.
  • Figure 4 shows a sectional zoom on the arrangement of the first hollow body and the second hollow body hosting the pyrolysis gases from the primary combustion.
  • the flows of primary air, secondary air and pyrolysis gases are schematically represented by arrows.
  • the upper end of the first hollow body is smooth and the latter has no disc.
  • Figure 5 shows the same arrangement with the upper end of the first hollow body having a sinusoidal cut.
  • Figure 6 shows at two different angles the first hollow body provided with a sinusoidal cut at its upper end.
  • Figures 7 and 8 also show at two different angles the first hollow body with a crenellated cut and a sawtooth cut respectively.
  • Figure 9 is a sectional zoom on the arrangement of the first hollow body and the second hollow body welcoming the pyrolysis gases from the primary combustion.
  • the upper end of the first hollow body is sinusoidal and a disk is positioned inside the first hollow body.
  • FIG. 10 illustrates, using a simulation, the tangential injection of secondary air into the duct formed by the wall of the first hollow body on the one hand, and by the wall of the second hollow body on the other hand; on the one hand, as well as the effect of mixing by recirculation of the pyrolysis gases above the disk disposed inside the first hollow body.
  • Figure 11 shows a top view of the guide fins disposed in the secondary air duct.
  • Figure 12 shows the same fins in a sectional view.
  • Figure 13 shows a top view of the guide vanes disposed within the first hollow body around the disc.
  • Figure 14 shows the same fins in a sectional view with in this variant also fins inside the secondary air duct.
  • Figure 15 shows a sectional view of the burner within the fireplace according to one embodiment of the invention with a variant of the ignition system.
  • Figure 16 shows a top view of the burner tray with a deashing system in the closed position.
  • Figure 17 shows the same view with the deashing system in the open position.
  • the ash removal mechanism according to the invention is shown with a cross sectional view of the burner in the fireplace.
  • the present invention relates to a solid fuel combustion chamber comprising a stepped burner with a lower stage where takes place, in use, a primary combustion of the solid fuel and with an upper stage where takes place, in use, a secondary combustion gases from the primary combustion, said burner comprising at the upper stage:
  • first hollow body intended to receive in its interior volume the gases resulting from the primary combustion, said first hollow body having a conical portion or being entirely of conical shape, and
  • a secondary air supply duct disposed around said first hollow body and opening at its upper end, said duct being delimited, on the one hand, by the first hollow body and, on the other hand, by a substantially shaped wall; complementary to that of the first hollow body to ensure a parallel injection of the secondary air along the first hollow body.
  • the upper end of the first hollow body which opens the secondary air supply duct has a cut in the form of a succession of projections and recesses;
  • the first hollow body is surmounted by a second hollow body
  • the first hollow body is partially attached to the inside of the second hollow body in a so-called overlap area, the second hollow body acting as a wall delimiting the air supply duct in the covering zone;
  • the first hollow body and the second hollow body are respectively of convergent shape in the direction of movement of the gases; in the overlap zone, the first hollow body and the second hollow body are respectively of divergent shape in the direction of movement of the gases; the second hollow body is of divergent shape at the outlet of the upper stage in order to widen and slow down the flow of the pyrolysis gases;
  • the upper end of the first hollow body which opens the secondary air supply duct has a sawtooth cut, a sinusoidal cut or a crenellated cutout;
  • the first hollow body and / or the second hollow body comprise in their internal volume a disturbing element ensuring a recirculation of the gases above said disturbing element;
  • the guide vanes disposed in the secondary air supply duct and / or in the interior volume of the first hollow body in order to respectively induce a circular movement to the secondary air and to the pyrolysis gas; the guide vanes are positioned around the disturbing element; the guide vanes are arranged at an angle of between 15 and 45 °;
  • the lower stage of the burner comprises a plate and a worm allowing the supply of solid fuel on said plate;
  • the plate has openings allowing the introduction of primary air;
  • the tray is configured so that the ashes generated by the primary combustion fall overflowing the tray;
  • the plate comprises two superimposed grids each having perforated portions of complementary shape, a first grid in the upper position being rotatably mounted relative to a second grid in the lower position, said hearth comprising an actuating mechanism ensuring the rotation of the grid upper to allow the setting in vis-à-vis the perforated parts of each grid and thus the evacuation of ashes;
  • the actuating mechanism comprises a vertical rod secured to the first grid and a horizontal rod movably mounted and secured to the vertical rod, the displacement of the horizontal rod causing the rotation of the first grid; it comprises an ignition system, said system comprising a metal furnace provided with an orifice, a heating element inserted into said metal furnace, an interior volume at the furnace connected to the orifice and intended to be supplied with outside air which is, in use, heated by the heating element before being injected into the lower stage of the burner.
  • the fireplace according to the invention comprises a stepped burner, that is to say a burner with a two-stage combustion.
  • the burner shown in Figure 1 comprises da ns its lower part a plate 1 on which is fed the fuel through a feed screw 2. Above the burner plate 1 is positioned a candle d ignition 3 which, during the ignition phase, blows hot air at very high temperature on the fuel and leads to the ignition of the latter.
  • the very high temperature present in the volume between the burner plate 1 and the first hollow body 4 will lead to the decomposition of the fuel pyrolysis gas and solid carbon (pyrolysis phenomenon).
  • the burner plate 1 is provided with openings 5 in the form of circular holes or grooves, allowing the introduction of primary air 6 which feeds the combustion of solid carbon from the pyrolysis (see FIG. 3, 4 and 5).
  • pyrolysis gases 12 enter the first hollow body 4 and a second hollow body 7 (see Figures 4 and 5).
  • the first hollow body 4 has a conical portion or is conically shaped and the second hollow body 7 has one or more conical portions.
  • the first hollow body 4 comprises a portion of convergent conical shape in the direction of displacement of the pyrolysis gases and the second hollow body 7 comprises two conical parts successively convergent and divergent in the direction of movement of the gases leading to a depression at the limit of the convergent and divergent zones by venturi effect.
  • the secondary air is injected parallel along the first hollow body 4 in an oblique conduit 8 opening on the upper end of the first hollow body 4 (see Figures 1, 4 and 5). In this configuration, the secondary air is preheated by contact with the hot walls of the first hollow body.
  • the upper part of the first hollow body 4 is attached to the inside of the second hollow body 7 so that the conduit 8 is formed, on the one hand, by the outer wall of the first hollow body 4 and, on the other hand, by the inner wall of the second hollow body 7.
  • the second hollow body comprises in its lower part a portion of substantially complementary shape to that of the first hollow body.
  • the first convergent hollow body is attached to the interior of the converging lower portion of the second hollow body.
  • the inner wall of the second hollow body 7 comprises the aforementioned convergent and divergent portions joined by a substantially cylindrical zone.
  • This succession of convergent, cylindrical and divergent portions may be composed of a combination of conical volumes or be of toric form.
  • the convergent portion delimits the duct 8 to ensure a tangential injection of secondary air.
  • the divergent portion it leads to an enlargement and a slowing of the flow at the outlet of the burner. This makes it possible to increase the time of presence of the gases in a hot zone in order to ensure their complete combustion and to obtain a wide and calm flame which optimizes their aesthetic character.
  • the second hollow body may be entirely of divergent shape in the direction of movement of the gases. In this case, the first hollow body is also divergent in the direction of movement of the gas to ensure the tangential injection.
  • a disturbing element 9 visible among others in Figures 1 and 9 may be mounted within the first hollow body 4. It may be in the form of disk, ring, star, etc.. and its function is to promote the recirculation of the pyrolysis gases above the disturbing element as simulated in FIG. 10 (the disruptive element in disk form being schematized by a white space). It can be mounted inside the first hollow body as illustrated in the figures but also inside the second hollow body with the same function of promoting the mixing of the gases.
  • oblique guide vanes with an angle of between 15 ° and 45 ° may be arranged at the level of the secondary air channel 8 as shown inter alia in FIGS. and 12 and / or between the disturbing element 9 and the inner wall of the first hollow body 4 as shown inter alia in FIGS. 13 and 14. They may be added in order to induce a circular movement to the flow and thus to promote the mixing gases and expand the flame at the burner outlet.
  • the ignition system it may according to one embodiment of the invention be composed of a heating element 13 inserted into a metal sleeve 14 closed by a wall at its upper end and by the heating element at its end. lower (see Figure 15).
  • An orifice 15 formed in the lower part of the sheath and a conduit 16 connected to the upper part of the sleeve allow a flow of air from the volume 17 supplied with outside air. In contact with the heating element 13, the air is heated and is injected at the level of the burner plate 1. The fact of taking the air in the volume 17 and not in the room makes it possible to optimize the tightness of the apparatus.
  • the ashes generated by the combustion fall from the burner tray 1 overflow and that the device may include a mechanism for facilitating the evacuation of the ashes from the burner tray 1 to the ashtray 11.
  • the injection in a direction parallel to the wall of the first hollow body ensures a progressive contact between the gases from the primary combustion with the secondary air and therefore a progressive combustion of the pyrolysis gases. This makes it possible to obtain a long flame as well as a relatively calm flow downstream of the secondary air injector.
  • the parallel injection induces a driving effect of the primary flow, i.e. pyrolysis gases, by the secondary flow, which allows to model the flame according to the orientation of the secondary injection.
  • the particular cut of the first hollow body allows, on the one hand, to create turbulence at the places of contact between the gases from the primary combustion with secondary air. This promotes mixing at the reaction zone and provides complete combustion. It allows, on the other hand, to obtain a passage section of the gases from the primary combustion leading to a quiet flow while guiding the gas to allow the modeling of the flame.
  • the aesthetics of the burner is optimized thanks to its shape and the absence of visible mechanical elements in the combustion chamber.

Landscapes

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Abstract

La présente invention se rapporte à un foyer à combustible solide comprenant un brûleur étagé avec un étage inférieur où se déroule, en utilisation, une combustion primaire du combustible solide et avec un étage supérieur où se déroule, en utilisation, une combustion secondaire des gaz (12) issus de la combustion primaire, ledit brûleur comprenant à l'étage supérieur: un premier corps creux (4) destiné à accueillir dans son volume intérieur les gaz (12) issus de la combustion primaire, ledit premier corps creux (4) comportant une partie conique, et un conduit (8) d'amenée d'air secondaire disposé autour dudit premier corps creux (4) et débouchant à son extrémité supérieure, ledit conduit (8) étant délimité, d'une part, par le premier corps creux (4) et, d'autre part, par une paroi de forme sensiblement complémentaire à celle du premier corps creux (4) afin d'assurer une injection parallèle de l'air secondaire le long du premier corps creux (4).

Description

FOYER A COMBUSTIBLE SOLIDE
Objet de l'invention
[0001] La présente invention se rapporte à un foyer à combustible solide comportant un brûleur étagé.
Arrière-plan technolofiique et état de la technique
[0002] La combustion des combustibles solides a ceci de spécifique qu'elle se décompose en deux étapes. Une première phase se déroule au niveau du lit de combustible qui, porté à haute température, se décompose en gaz combustible, d'une part, et, en carbone solide, d'autre part. Ce même carbone solide se consume en présence d'oxygène ce qui permet de maintenir le lit de combustible à haute température et d'entretenir le phénomène de pyrolyse. Une fois libérés, les gaz de pyrolyse peuvent eux aussi être brûlés. Pour ce faire, il est nécessaire qu'ils soient mis en présence d'oxygène, mélangés à celui-ci et portés à une température élevée pendant un laps de temps suffisant pour que la combustion puisse être complète.
[0003] Afin d'optimiser la combustion et de limiter au maximum les émissions de gaz polluants, il est nécessaire d'étager la distribution d'air afin de maîtriser la quantité mise en contact avec le combustible dans ces différentes phases.
[0004] Ainsi, le document EP 0 401 205 Bl divulgue une chaudière avec une chambre de combustion primaire, une chambre de combustion secondaire et des dispositifs respectifs de transmission d'air primaire et d'air secondaire. Dans ce document, le dispositif d'alimentation en air secondaire a la configuration d'un tronc de cône à double enveloppe, l'enveloppe interne étant percée de trous permettant la distribution d'air secondaire à l'intérieur du tronc de cône traversé par les gaz de la chambre de combustion primaire. Ce système a pour inconvénient qu'il a été optimisé pour obtenir une bonne combustion au détriment de l'esthétique de la flamme. En effet, les nombreux trous d'amenée d'air secondaire à l'intérieur du tronc de cône vont donner lieu à des petites flammes inesthétiques dans la chambre de combustion secondaire. Or, dans certaines applications comme celles des foyers comportant une vitre permettant une vision de la flamme, il est non seulement important d'optimiser la combustion mais également de veiller à l'esthétique de la flamme. Lors du choix d'un foyer, le consommateur sera notamment sensible à la couleur (idéalement jaune- orange), à la taille (la plus grande possible par rapport à la chambre de combustion) et à la vigueur (idéalement calme et dansante) de celle-ci.
[0005] Du document JP S55 155110 A, on connaît un dispositif d'oxydation monté sur une chambre de combustion afin d'enlever le monoxyde de carbone. Dans ce dispositif, de l'air secondaire est introduit dans un passage autour d'un corps conique dans lequel les gaz de combustion circulent. Grâce au mouvement ascendant des gaz de combustion et de l'air secondaire, ces derniers se mélangent au-dessus du corps conique avant d'entrer en contact avec une couche de catalyseur.
[0006] On connaît du document US 4 945 837 A un système d'alimentation en pellets d'un foyer. Ce système comporte une ailette pour diriger le combustible vers la plaque de combustion en position supérieure et comporte des tubes de ventilation pour prévenir l'ignition et la combustion du combustible stocké dans des bacs. L'ailette permet d'éviter que les particules du combustible ne retombent dans la vis d'alimentation et ne soient broyées en des plus petites particules.
Buts de l'invention
[0007] La présente invention vise à réaliser un foyer dont l'agencement des différentes pièces constitutives du brûleur permet d'obtenir une combustion optimisée tout en assurant les qualités esthétiques de la flamme.
Brève description des fifiures
[0008] La figure 1 représente une vue en coupe du brûleur au sein du foyer selon l'invention. [0009] Les figures 2 et 3 représentent une vue du dessus des plateaux brûleurs. A la figure 2, les ouvertures pratiquées dans le plateau pour l'introduction d'air primaire se présentent sous forme d'orifices circulaires alors qu'à la figure 3, elles se présentent sous forme de rainures.
[0010] La figure 4 représente en coupe un zoom sur l'agencement du premier corps creux et du second corps creux accueillants les gaz de pyrolyse issus de la combustion primaire. Les flux d'air primaire, d'air secondaire ainsi que les gaz de pyrolyse sont schématiquement représentés par des flèches. Dans cette variante, l'extrémité supérieure du premier corps creux est lisse et ce dernier ne comporte pas de disque. La figure 5 représente ce même agencement avec l'extrémité supérieure du premier corps creux présentant une découpe sous forme sinusoïdale.
[0011] La figure 6 représente sous deux angles différents le premier corps creux muni d'une découpe de forme sinusoïdale à son extrémité supérieure. Les figures 7 et 8 représentent également sous deux angles différents le premier corps creux avec une découpe en forme de créneaux et une découpe en dents de scie respectivement.
[0012] La figure 9 représente en coupe un zoom sur l'agencement du premier corps creux et du second corps creux accueillants les gaz de pyrolyse issus de la combustion primaire. Dans cette variante, comparé à la figure 4, l'extrémité supérieure du premier corps creux est de forme sinusoïdale et un disque est positionné à l'intérieur du premier corps creux.
[0013] La figure 10 illustre à l'aide d'une simulation l'injection tangentielle d'air secondaire dans le conduit formé par la paroi du premier corps creux d'une part, et par la paroi du second corps creux d'autre part, ainsi que l'effet de mélange par recirculation des gaz de pyrolyse au-dessus du disque disposé à l'intérieur du premier corps creux.
[0014] La figure 11 représente une vue du dessus des ailettes de guidage disposées dans le conduit d'air secondaire. La figure 12 représente les mêmes ailettes dans une vue en coupe.
[0015] La figure 13 représente une vue du dessus des ailettes de guidage disposées à l'intérieur du premier corps creux autour du disque. La figure 14 représente les mêmes ailettes dans une vue en coupe avec dans cette variante également des ailettes à l'intérieur du conduit d'air secondaire. [0016] La figure 15 représente une vue en coupe du brûleur au sein du foyer selon un mode de réalisation de l'invention avec une variante du système d'allumage.
[0017] La figure 16 représente une vue du dessus du plateau brûleur avec un système de décendrage en position fermée. La figure 17 représente une même vue avec le système de décendrage en position ouverte. A la figure 18, le mécanisme de décendrage selon l'invention est représenté à l'aide d'une vue en coupe du brûleur au sein du foyer.
[0018] Légende
(I) Plateau brûleur
(2) Vis d'alimentation
(3) Bougie d'allumage ou système d'allumage
(4) Premier corps creux
(5) Ouverture ménagée dans le plateau brûleur
(6) Amenée d'air primaire
(7) Second corps creux
(8) Conduit d'amenée d'air secondaire
(9) Elément perturbateur, aussi appelé obstacle
(10) Ailette de guidage
(II) Cendrier
(12) Gaz de pyrolyse
(13) Elément chauffant
(14) Fourreau
(15) Orifice
(16) Conduit
(17) Volume alimenté en air extérieur
(18) Grille inférieure du plateau brûleur
(19) Grille supérieure du plateau brûleur
(20) Tige verticale d'actionnement de la grille supérieure
(21) Tige horizontale d'actionnement, solidaire de la tige verticale
(22) Partie ajourée dans les grilles pour le décendrage Principaux éléments caractéristiques de l'invention
[0019] On utilisera par la suite les termes "inférieur", "supérieur", "au-dessus", "en dessous" qui sont à considérer relativement par rapport au mouvement ascendant de l'air ou des gaz de combustion. On utilisera également l'expression "de forme sensiblement complémentaire" pour désigner des parois parallèles ou presque parallèles entre elles comme montré, par exemple, à la figure 4 dans la zone de recouvrement où le premier corps creux est rapporté à l'intérieur du second corps creux.
[0020] La présente invention se rapporte à un foyer à combustible solide comprenant un brûleur étagé avec un étage inférieur où se déroule, en utilisation, une combustion primaire du combustible solide et avec un étage supérieur où se déroule, en utilisation, une combustion secondaire des gaz issus de la combustion primaire, ledit brûleur comprenant à l'étage supérieur :
un premier corps creux destiné à accueillir dans son volume intérieur les gaz issus de la combustion primaire, ledit premier corps creux comportant une partie conique ou étant entièrement de forme conique, et
un conduit d'amenée d'air secondaire disposé autour dudit premier corps creux et débouchant à son extrémité supérieure, ledit conduit étant délimité, d'une part, par le premier corps creux et, d'autre part, par une paroi de forme sensiblement complémentaire à celle du premier corps creux afin d'assurer une injection parallèle de l'air secondaire le long du premier corps creux.
[0021] Selon des modes particuliers de l'invention, le foyer comporte au moins une ou une combinaison appropriée des caractéristiques suivantes :
l'extrémité supérieure du premier corps creux où débouche le conduit d'amenée d'air secondaire présente une découpe sous forme d'une succession de saillies et de creux ;
le premier corps creux est surmonté d'un second corps creux ;
le premier corps creux est partiellement rapporté à l'intérieur du second corps creux dans une zone dite de recouvrement, le second corps creux faisant office de paroi délimitant le conduit d'amenée d'air dans la zone de recouvrement ;
- dans la zone de recouvrement, le premier corps creux et le second corps creux sont respectivement de forme convergente dans la direction de déplacement des gaz ; dans la zone de recouvrement, le premier corps creux et le second corps creux sont respectivement de forme divergente dans la direction de déplacement des gaz ; le second corps creux est de forme divergente en sortie de l'étage supérieur afin d'élargir et ralentir l'écoulement des gaz de pyrolyse ;
- l'extrémité supérieure du premier corps creux comporte une partie conique convergente ou divergente ou une partie cylindrique surmontant la partie conique inférieure ;
l'extrémité supérieure du premier corps creux où débouche le conduit d'amenée d'air secondaire présente une découpe en dents de scie, une découpe de forme sinusoïdale ou une découpe en forme de créneaux ;
le premier corps creux et/ou le second corps creux comportent dans leur volume intérieur un élément perturbateur assurant une recirculation des gaz au-dessus dudit élément perturbateur ;
il comporte des ailettes de guidage obliques disposées dans le conduit d'amenée d'air secondaire et/ou dans le volume intérieur du premier corps creux afin d'induire respectivement un mouvement circulaire à l'air secondaire et au gaz de pyrolyse ; les ailettes de guidage sont positionnées autour de l'élément perturbateur ; les ailettes de guidage sont disposées à un angle compris entre 15 et 45° ;
l'étage inférieur du brûleur comporte un plateau et une vis sans fin permettant l'alimentation en combustible solide sur ledit plateau ;
le plateau comporte des ouvertures permettant l'introduction d'air primaire ; le plateau est configuré pour que les cendres générées par la combustion primaire tombent par débordement du plateau ;
le plateau comporte deux grilles superposées comportant chacune des parties ajourées de forme complémentaire, une première grille en position supérieure étant montée mobile en rotation par rapport à une seconde grille en position inférieure, ledit foyer comportant un mécanisme d'actionnement assurant la rotation de la grille supérieure pour permettre la mise en vis-à-vis des parties ajourées de chaque grille et ainsi l'évacuation des cendres ; le mécanisme d'actionnement comporte une tige verticale solidaire de la première grille et une tige horizontale montée mobile et solidaire de la tige verticale, le déplacement de la tige horizontale entraînant la mise en rotation de la première grille ; il comporte un système d'allumage, ledit système comportant un fourrea u métallique muni d'un orifice, un élément chauffant inséré dans ledit fourrea u métallique, un volume intérieur au foyer connecté à l'orifice et destiné à être alimenté en air extérieur qui est, en utilisation, chauffé par l'élément chauffant avant d'être injecté au sein de l'étage inférieur du brûleur. Description détaillée de l'invention
[0022] La présente invention se rapporte à un foyer de type poêle ou insert à combustible solide tels que des pellets, du charbon, des biocombustibles, etc.
[0023] Le foyer selon l'invention comporte un brûleur étagé, c'est-à-dire un brûleur avec une combustion en deux étapes.
[0024] Le brûleur représenté à la figure 1 comporte da ns sa partie inférieure un plateau 1 sur lequel est amené le combustible par l'intermédiaire d'une vis d'alimentation 2. Au-dessus du plateau brûleur 1 est positionnée une bougie d'allumage 3 qui, lors de la phase d'allumage, souffle de l'air chaud à très haute température sur le combustible et conduit à l'embrasement de ce dernier. La température très élevée présente dans le volume compris entre le plateau brûleur 1 et le premier corps creux 4 va conduire à la décomposition du combustible en gaz de pyrolyse et en carbone solide (phénomène de pyrolyse).
[0025] Le plateau brûleur 1 est pourvu d'ouvertures 5 se présentant sous forme d'orifices circulaires ou de rainures, permettant l'introduction d'air primaire 6 qui alimente la combustion du carbone solide issu de la pyrolyse (voir figures 2, 3, 4 et 5).
[0026] Une fois produits, les gaz de pyrolyse 12 pénètrent dans le premier corps creux 4 puis dans un second corps creux 7 (voir figures 4 et 5). Le premier corps creux 4 comporte une partie de forme conique ou est de forme conique et le second corps creux 7 comporte une ou plusieurs parties de forme conique. Tel qu'illustré aux figures 4 et 5, le premier corps creux 4 comporte une partie de forme conique convergente dans la direction de déplacement des gaz de pyrolyse et le second corps creux 7 comporte deux parties coniques successivement convergente et divergente dans la direction de déplacement des gaz conduisant à une dépression à la limite des zones convergente et divergente par effet venturi. L'air secondaire est injecté parallèlement le long du premier corps creux 4 dans un conduit oblique 8 débouchant sur l'extrémité supérieure du premier corps creux 4 (voir figures 1, 4 et 5). Dans cette configuration, l'air secondaire est préchauffé par contact avec les parois chaudes du premier corps creux.
[0027] De préférence, la partie supérieure du premier corps creux 4 est rapportée à l'intérieur du second corps creux 7 de manière à ce que le conduit 8 soit formé, d'une part, par la paroi extérieure du premier corps creux 4 et, d'autre part, par la paroi intérieure du second corps creux 7. Pour assurer l'injection parallèle de l'air secondaire, qu'on qualifiera également d'injection tangentielle, le second corps creux comporte dans sa partie inférieure une partie de forme sensiblement complémentaire à celle du premier corps creux. Ainsi, le premier corps creux convergent est rapporté à l'intérieur de la partie inférieure convergente du second corps creux.
[0028] Tel qu'illustré aux figures 4 et 5, la paroi intérieure du second corps creux 7 comporte les parties convergente et divergente précitées jointes par une zone sensiblement cylindrique. Cette succession de parties convergente, cylindrique et divergente peut être composée d'une combinaison de volumes coniques ou être de forme torique. Comme mentionné précédemment, la partie convergente délimite le conduit 8 afin d'assurer une injection tangentielle d'air secondaire. Quant à la partie divergente, elle conduit à un élargissement et à un ralentissement de l'écoulement à la sortie du brûleur. Ceci permet d'augmenter le temps de présence des gaz en zone chaude afin d'en assurer la combustion complète et d'obtenir une flamme large et calme ce qui en optimise le caractère esthétique. Selon une variante de l'invention (non représentée), le second corps creux peut être entièrement de forme divergente dans la direction de déplacement des gaz. Dans ce cas, le premier corps creux est également de forme divergente dans la direction de déplacement des gaz afin d'assurer l'injection tangentielle.
[0029] Selon l'invention et comme déjà expliqué, le premier corps creux 4 comporte une partie conique qui délimite le conduit d'amenée d'air et permet son injection tangentielle. L'extrémité supérieure de ce premier corps creux 4 peut présenter une découpe particulière qui permet d'optimiser le mélange entre l'air secondaire et les gaz de pyrolyse. La découpe se présente sous forme d'une succession de creux et de crêtes. Par exemple, l'extrémité supérieure du premier corps creux 4 peut présenter une forme sinusoïdale représentée aux figures 5, 6 et 9. En variante, elle peut être en forme de dents de scie ou de créneaux (voir respectivement les figures 8 et 7). L'extrémité supérieure est soit de forme convergente s'inscrivant dans la continuité de la partie conique comme montré à la figure 9 ou peut présenter comme illustré aux figures 6 à 8 une partie cylindrique ou conique divergente (non représenté). En d'autres mots, le premier corps creux comporte une partie conique surmontée à son extrémité supérieure d'une partie conique convergente ou divergente ou d'une partie cylindrique. Selon l'invention, les trois types de découpe s'appliquent quelle que soit la forme de l'extrémité supérieure (conique ou cylindrique).
[0030] Optionnellement, un élément perturbateur 9 visible entre autres aux figures 1 et 9 peut être monté à l'intérieur du premier corps creux 4. Il peut se présenter sous forme de disque, d'anneau, d'étoile, etc. et a pour fonction de favoriser la recirculation des gaz de pyrolyse au-dessus de l'élément perturbateur comme simulé à la figure 10 (l'élément perturbateur sous forme de disque étant schématisé par un espace blanc). I l peut être monté à l'intérieur du premier corps creux comme illustré dans les figures mais également à l'intérieur du second corps creux avec pour même fonction de favoriser le mélange des gaz.
[0031] Toujours dans un souci d'optimisation du mélange, des ailettes de guidage 10 obliques, avec un angle compris entre 15° et 45°, peuvent être disposées au niveau du canal 8 d'air secondaire comme montré entre autres aux figures 11 et 12 et/ou entre l'élément perturbateur 9 et la paroi intérieure du premier corps creux 4 comme montré entre autres aux figures 13 et 14. Elles peuvent être ajoutées afin d'induire un mouvement circulaire à l'écoulement et ainsi favoriser le mélange des gaz et élargir la flamme en sortie de brûleur.
[0032] Concernant le système d'allumage, il peut selon une variante de l'invention être composé d'un élément chauffant 13 inséré dans un fourreau métallique 14 fermé par une paroi à son extrémité supérieure et par l'élément chauffant à son extrémité inférieure (voir figure 15). Un orifice 15 ménagé dans la partie inférieure du fourreau ainsi qu'un conduit 16 connecté à la partie supérieure du fourreau permettent une circulation d'air venant du volume 17 alimenté en air extérieur. Au contact de l'élément chauffant 13, l'air se réchauffe et est injecté au niveau du plateau brûleur 1. Le fait de prélever l'air dans le volume 17 et non dans la pièce permet d'optimiser l'étanchéité de l'appareil.
[0033] Finalement, on précisera que les cendres générées par la combustion tombent du plateau brûleur 1 par débordement et que le dispositif peut comporter un mécanisme permettant de faciliter l'évacuation des cendres du plateau brûleur 1 vers le cendrier 11.
[0034] Selon une alternative présentée aux figures 16 à 18, le plateau brûleur 1 comporte deux grilles 18,19 superposées munies chacune d'ouvertures 5 pour l'arrivée d'air primaire et de parties ajourées 22 de forme complémentaire. La grille en position inférieure 18 est stationnaire tandis que la grille en position supérieure 19 est montée mobile en rotation autour du centre du plateau brûleur. Sous l'effet d'un mécanisme d'actionnement décrit ci-dessous, les parties ajourées 22 de la grille supérieure sont amenées en vis-à-vis des parties ajourées 22 de la grille inférieure afin d'assurer l'évacuation des cendres. La grille supérieure 19 est actionnée par l'intermédiaire de la tige verticale 20 laquelle est solidaire de la tige horizontale 21, l'actionnement avant arrière de la tige horizontale assurant la mise en rotation de la grille supérieure par rapport à la grille inférieure. On précisera que la présente invention couvre également la variante où l'actionnement est assuré par un moteur.
Avantages de l'invention
[0035] L'absence d'orifices latéraux dans le premier corps creux et la maîtrise des conditions d'écoulement à la sortie du brûleur grâce à la zone divergente du second corps creux permettent d'obtenir une grande flamme calme et dansante de couleur orange.
[0036] L'injection dans une direction parallèle à la paroi du premier corps creux assure une mise en contact progressive des gaz issus de la combustion primaire avec l'air secondaire et dès lors une combustion progressive des gaz de pyrolyse. Ceci permet d'obtenir une flamme longue ainsi qu'un écoulement relativement calme en aval de l'injecteur d'air secondaire. D'autre part, l'injection parallèle induit un effet d'entraînement de l'écoulement primaire, c.à.d. des gaz de pyrolyse, par l'écoulement secondaire, ce qui permet de modeler la flamme en fonction de l'orientation de l'injection secondaire.
[0037] La découpe particulière du premier corps creux permet, d'une part, de créer de la turbulence aux endroits de mise en contact entre les gaz issus de la combustion primaire avec l'air secondaire. Ceci favorise le mélange au niveau de la zone de réaction et permet d'obtenir une combustion complète. Elle permet, d'autre part, d'obtenir une section de passage des gaz issus de la combustion primaire conduisant à un écoulement calme tout en guidant les gaz afin de permettre le modelage de la flamme.
[0038] Grâce à l'optimisation des conditions de réaction entre les gaz de pyrolyse et l'oxygène, le rendement de combustion est amélioré et l'émission de gaz polluants est réduite.
[0039] Il n'y a pas de perturbation de la flamme et de génération de scories induites par la chute des granulés comme observé dans les systèmes à approvisionnement à l'aide d'un bec verseur par le haut.
[0040] L'esthétique du brûleur est optimisée grâce à sa forme et à l'absence d'éléments mécaniques visibles dans la chambre de combustion.

Claims

REVENDICATIONS
1. Foyer à combustible solide comprenant un brûleur étagé avec un étage inférieur où se déroule, en utilisation, une combustion primaire du combustible solide et avec un étage supérieur où se déroule, en utilisation, une combustion secondaire des gaz (12) issus de la combustion primaire, ledit brûleur comprenant à l'étage supérieur :
un premier corps creux (4) destiné à accueillir dans son volume intérieur les gaz (12) issus de la combustion primaire, ledit premier corps creux (4) comportant une partie conique, et
- un conduit (8) d'amenée d'air secondaire disposé autour dudit premier corps creux (4) et débouchant à son extrémité supérieure, ledit conduit (8) étant délimité, d'une part, par le premier corps creux (4) et, d'autre part, par une paroi de forme sensiblement complémentaire à celle du premier corps creux (4) afin d'assurer une injection parallèle de l'air secondaire le long du premier corps creux (4),
caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du premier corps creux (4) où débouche le conduit (8) d'amenée d'air secondaire présente une découpe sous forme d'une succession de saillies et de creux.
2. Foyer selon la revendication 1, comprenant un second corps creux
(7) , le premier corps creux (4) étant surmonté dudit second corps creux (7).
3. Foyer selon la revendication 2, dans lequel le premier corps creux
(4) est partiellement rapporté à l'intérieur du second corps creux (7) dans une zone dite de recouvrement, le second corps creux (7) faisant office de paroi délimitant le conduit
(8) d'amenée d'air dans la zone de recouvrement.
4. Foyer selon la revendication 3, dans lequel, da ns la zone de recouvrement, le premier corps creux (4) et le second corps creux (7) sont respectivement de forme convergente dans la direction de déplacement des gaz (12).
5. Foyer selon la revendication 3, dans lequel, da ns la zone de recouvrement, le premier corps creux (4) et le second corps creux (7) sont respectivement de forme divergente dans la direction de déplacement des gaz (12).
6. Foyer selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le second corps creux (7) est de forme divergente en sortie de l'étage supérieur afin d'élargir et ralentir l'écoulement des gaz de pyrolyse (12).
7. Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'extrémité supérieure du premier corps creux (4) comporte une partie conique convergente ou divergente ou une partie cylindrique.
8. Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'extrémité supérieure du premier corps creux (4) où débouche le conduit (8) d'amenée d'air secondaire présente une découpe de forme sinusoïdale, une découpe en dents de scie ou une découpe en forme de créneaux.
9. Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier corps creux (4) et/ou le second corps creux (7) comportent dans leur volume intérieur un élément perturbateur (9) assurant une recirculation des gaz (12) au-dessus dudit élément perturbateur (9).
10. Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des ailettes de guidage (10) obliques disposées dans le conduit (8) d'amenée d'air secondaire et/ou dans le volume intérieur du premier corps creux (4) afin d'induire respectivement un mouvement circulaire à l'air secondaire et au gaz (12).
11. Foyer selon la revendication 10, dans lequel les ailettes de guidage (10) sont positionnées autour de l'élément perturbateur (9).
12. Foyer selon la revendication 10 ou 11, dans lequel les ailettes de guidage (10) sont disposées à un angle compris entre 15 et 45°.
13. Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étage inférieur du brûleur comporte un plateau (1) et une vis (2) sans fin permettant l'alimentation en combustible solide sur ledit plateau (1).
14. Foyer selon la revendication 13, dans lequel le plateau (1) comporte des ouvertures (5) permettant l'introduction d'air primaire (6).
15. Foyer selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le plateau (1) est configuré pour que les cendres générées par la combustion primaire tombent par débordement du plateau (1).
16. Foyer selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le plateau (1) comporte deux grilles (18,19) superposées comportant chacune des parties ajourées (22) de forme complémentaire, une première grille en position supérieure (19) étant montée mobile en rotation par rapport à une seconde grille en position inférieure (18), ledit foyer comportant un mécanisme d'actionnement (20,21) assurant la rotation de la grille supérieure (19) pour permettre la mise en vis-à-vis des parties ajourées (22) de chaque grille (18,19) et ainsi l'évacuation des cendres.
17. Foyer selon la revendication 16, dans lequel le mécanisme d'actionnement comporte une tige verticale (20) solidaire de la première grille (19) et une tige horizontale (21) montée mobile et solidaire de la tige verticale (20), le déplacement de la tige horizontale (21) entraînant la mise en rotation de la première grille (19).
18. Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un système d'allumage, ledit système comportant un fourreau métallique (14) muni d'un orifice (15), un élément chauffant (13) inséré dans ledit fourreau métallique (14), un volume (17) intérieur au foyer connecté à l'orifice (15) et destiné à être alimenté en air extérieur qui est, en utilisation, chauffé par l'élément chauffant (13) avant d'être injecté au sein de l'étage inférieur du brûleur.
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