FR2687214A1

FR2687214A1 - Solid-fuel boiler, and in particular a wood boiler

Info

Publication number: FR2687214A1
Application number: FR9201588A
Authority: FR
Inventors: De Dietrich Michel Henr Robert
Original assignee: DIETRICH MICHEL DE
Current assignee: DIETRICH MICHEL DE
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1993-08-13
Also published as: FR2687214B1

Abstract

The boiler according to the invention comprises a water jacket (1) surrounding, in part, a fuel magazine (2), a subjacent combustion chamber (3) and a horizontal exchanger (4) placed above the said magazine (2), the said chamber (3) being separated from the said magazine (2) by a floor (5) made of refractory material pierced by a central communication passage (6) which is prolonged at the bottom by two vertical refractory walls (7) which are parallel to the med-plane and form a combustion corridor (channel) (8), the said chamber (3) communicating with the said exchanger (4) via two internal ducts (chimneys) (14), which boiler is characterised in particular in that the said combustion corridor (8) has two discharge directions, horizontal and vertical. The device according to the invention is intended in particular for varying the useful exchange surface area of the boiler by varying only the gas flow rate passing through it.

Description

La présente invention concerne une chaudière à combustible solide, et plus particulièrement une chaudière à bois, du type dit à tirage inversé, ou à flamme renversée. Les appareils de ce type comportent généralement un magasin à combustible placé à l'intérieur d'une chemise d'eau. La combustion primaire a lieu sur une sole en réfractaire qui constitue le plancher dudit magasin,;ladite sole étant percée d'au moins un passage par où s'échappent , vers le bas, les gaz enflammés et les résidus de la combustion. Les gaz achèvent de brûler dans une chambre de combustion sous-jacente, dont les parois peuvent participer à l'échange de chaleur.Les fumées sont ensuite dirigées vers l'arrière où elles remontent, soit dans une boite à fumée, soit dans un échangeur vertical à faisceau tubulaire, pour etre ensuite évacués. The present invention relates to a solid fuel boiler, and more particularly a wood boiler, of the type known as reverse draft, or reverse flame. Appliances of this type generally include a fuel magazine placed inside a water jacket. The primary combustion takes place on a refractory hearth which constitutes the floor of the said store, the said hearth being pierced by at least one passage through which escape, downwards, the ignited gases and the combustion residues. The gases end up burning in an underlying combustion chamber, the walls of which can participate in the heat exchange. The fumes are then directed to the rear where they go up, either in a smoke box or in an exchanger. vertical with tube bundle, to be then evacuated.

Or, les variations importantes de la température extérieure, pendant la saison de chauffage, rendent nécessaire une modulation de la production de chaleur des chaudières dans une large gamme de puissance, ce qui, dans le cas du chauffage au bois, présente-certaines difficultés. En effet, dans les systèmes d'échangeurs décrits ci-dessus, les gaz de combustion parcourent la totalité des circuits échangeurs quelle que soit la puissance calorifique à fournir. En raison des pertes de charge importantes, de telles chaudières sont généralement munies d'une ventilation mécanique dont le fonctionnement, sous le controle d'un thermostat, est intermittent. However, the significant variations in the outside temperature, during the heating season, make it necessary to modulate the heat production of the boilers in a wide power range, which, in the case of wood heating, presents certain difficulties. In fact, in the exchanger systems described above, the combustion gases pass through all of the exchanger circuits whatever the calorific power to be supplied. Because of the large pressure drops, such boilers are generally fitted with mechanical ventilation, the operation of which, under the control of a thermostat, is intermittent.

Pendant la phase en allure réduite1 correspondant à l'arrêt thermostatique, la combustiogest de moins bonne qualité par suite de la baisse de température se produisant dans les zones de gazéification et de combustion. On a donc intérêt, lorsque les besoins en chauffage sont faibles, en demi-saison par exemple, à diminuer la fréquence et la durée de ces arrêts en abaissant la puissance de pleine allure. Ceci ne peut pas toujours être réalisé sans inconvénients, car, le débit gazeux étant alors diminué, les gaz de combustion restent plus longtemps au contact des échangeurs, cédant davantage de chaleur. During the reduced-speed phase1 corresponding to the thermostatic shutdown, the combustiogest is of poorer quality as a result of the temperature drop occurring in the gasification and combustion zones. It is therefore advantageous, when the heating needs are low, in mid-season for example, to decrease the frequency and the duration of these stops by lowering the power at full speed. This cannot always be achieved without drawbacks, because, the gas flow being then reduced, the combustion gases remain longer in contact with the exchangers, yielding more heat.

Il en résulte un refroidissement excessif des fumées pouvant provoquer des condensations aqueuses dans le conduit de cheminée, et une diminution du pouvoir ascentionnel des fumées. This results in an excessive cooling of the fumes which can cause aqueous condensations in the flue, and a reduction in the rising power of the fumes.

A l'inverse, lorsque la chaudière fonctionne à régime élevé, la vitesse de circulation des gaz chauds est importante, ce qui diminue la durée de l'échange thermique: les fumées stéchappent sans céder toute la chaleur récupérable. Conversely, when the boiler is operating at high speed, the speed of circulation of hot gases is high, which reduces the duration of the heat exchange: the fumes escape without yielding all the recoverable heat.

La présente invention se propose de réduire les inconvénients que l'on vient d'évoquer, qui apparaissent aux allures de chauffe extrèmes. Le moyen utilisé consiste dans la disposition particulière des échangeurs, en sorte que la surface utile desdits échangeurs varie en fonction du débit des gaz de combustion qui les parcourent. The present invention proposes to reduce the drawbacks which we have just mentioned, which appear at the extreme heating rates. The means used consist in the particular arrangement of the exchangers, so that the useful surface of said exchangers varies as a function of the flow rate of the combustion gases which pass through them.

Bes dessins annexés illustrent la description qui va suivre:
la fig. 1 représente la chaudière en coupe sagittale;
la fig. 2 représente la chaudière en coupe frontale;
la fig. 3 représente la chaudière en coupe horizontale.Bes appended drawings illustrate the following description:
fig. 1 shows the boiler in sagittal section;
fig. 2 shows the boiler in front section;
fig. 3 shows the boiler in horizontal section.

La chaudière selon l'invention comporte une chemise d'eau (1), reliée au circuit de chauffage, entourant trois volumes superposés qui sont:run magasin à combustible (2), une chambre de combustion (3), sous-jacente, et un échangeur horizontal (4), placé au-dessus dudit magasin (2), ladite chemise d'eau (1) comportant cinq parois qui forment: le dessus, le dessous, les deux parois latérales de la chaudière, et la majeure partie du plancher dudtt échangeur (4). The boiler according to the invention comprises a water jacket (1), connected to the heating circuit, surrounding three superimposed volumes which are: run fuel store (2), a combustion chamber (3), underlying, and a horizontal exchanger (4), placed above said store (2), said water jacket (1) comprising five walls which form: the top, the bottom, the two side walls of the boiler, and most of the floor of the heat exchanger (4).

La chambre de combustion (3) est séparée dudit magasin (2) par une sole (5) en réfractaire sur laquelle a lieu la combustion primaire, ladite sole (5) étant percée d'un passage (6) de communication médian, de forme allongée d'avant en arrière, pouvant être muni d'un barreau formant grille. Ledit passage (6) est prolongé en dessous, par deux parois réfractaires (7) verticales, parallèles au plan médian, et appendues à la paroi supérieure de ladite chambre (3), formant un couloir de combustion (8).Vers le bas, lesdites parois réfractaires (7) se rapprochent l'une de l'autre en s'incurvant sans se rejoindre, pour former une fente d'éjection (9). Etant ouvert à ses deux extrémités avant et arrière,ainsi que vers le bas, ledit couloir de combustion (8) comporte donc deux directions d'éjection, horizontale et verticale, particularité dont le rôle sera expliqué par la suite. The combustion chamber (3) is separated from said store (2) by a refractory hearth (5) on which the primary combustion takes place, said hearth (5) being pierced with a passage (6) of median communication, in the form extended from front to back, which can be fitted with a grid bar. Said passage (6) is extended below, by two refractory walls (7) vertical, parallel to the median plane, and appended to the upper wall of said chamber (3), forming a combustion passage (8). said refractory walls (7) approach each other by bending without joining, to form an ejection slot (9). Being open at its two front and rear ends, as well as downwards, said combustion passage (8) therefore has two directions of ejection, horizontal and vertical, a characteristic whose role will be explained below.

la face avant de la chaudière est constituée de trois ouvertures superposées qui sont: à la partie supérieure le tampon de visite (10) qui permet d'accéder à l'échangeur (4) et aux cheminées internes (14); au-dessous,la porte de chargement (11), qui donne accès au magasin (2), et à l'étage inférieur, la porte de décendrage (12) qui donne accès à la chambre de combustion (3). the front face of the boiler consists of three superimposed openings which are: at the upper part the inspection plug (10) which gives access to the exchanger (4) and to the internal chimneys (14); below, the loading door (11), which gives access to the store (2), and on the lower floor, the ash removal door (12) which gives access to the combustion chamber (3).

le plancher de ladite chambre (3) est recouvert d'une couche de béton réfractaire (13), servant de bouclier thermique. the floor of said chamber (3) is covered with a layer of refractory concrete (13), serving as a heat shield.

Ladite chambre (3) est reliée à l'échangeur (4) par deux cheminées internes (14), placées symétriquement à l'intérieur dudit magasin (2) de part et d'autre de la porte de chargement (11), en arrière des montants de celle-ci. Chacune desdites cheminées (14), de section rectangulaire, comporte trois parois sèches formant un U, la quatrième paroi étant la paroi interne du magasin (2) sur laquelle elle est plaquée au moyen deswliaisons déformables (15) qui sont, ici, réalisées à l'aide de tiges métalliques coudées formant un angle obtus, proche de l'angle droit, dont une extrémité est soudée à ladite cheminée (14) , l'autre extrémité étant soudée à la paroi dudit magasin (2), tel que représenté fig. 3.Ces liaisons (15) solidarisent des éléments qui seront portés à des températures différentes en absorbant les contraintes de dilatation par leur déformation élastique. Tout autre moyen de fixation pourrait être employé pourvu qu'il maintienne lesdites cheminées (14) tout en permettant leur allongement, que ce soit par déformation élastique ou par coulissement.Said chamber (3) is connected to the exchanger (4) by two internal chimneys (14), placed symmetrically inside said magazine (2) on either side of the loading door (11), behind amounts thereof. Each of said chimneys (14), of rectangular section, has three dry walls forming a U, the fourth wall being the internal wall of the store (2) on which it is pressed by means of deformable connections (15) which are, here, produced at using bent metal rods forming an obtuse angle, close to the right angle, one end of which is welded to said chimney (14), the other end being welded to the wall of said magazine (2), as shown in fig . 3.These links (15) secure elements which will be brought to different temperatures by absorbing the stresses of expansion by their elastic deformation. Any other fixing means could be used provided that it maintains said chimneys (14) while allowing their elongation, whether by elastic deformation or by sliding.

La face arrière de la chaudière , au niveau du magasin (2) et de la chambre de combustion (3), est constituée d'un caisson (16), double paroi sèche, qui assure le chauffage et la répartition de l'air comburant. La paroi extérieure dudit caisson (16) comporte un boîtier (17) pouvant contenir un ventilateur, non représenté, ledit boitier étant coiffé par un volet d'admission (18) comportant à sa partie inférieure une tige horizontale (19) reliée par une chalnette à un régulateur de tirage, non représenté. Le boîtier (17) communique à pleine section avec le volume interne dudit caisson (16), dont la paroi intérieure comporte des orifices de communication avec le magasin (2) et avec les conduits injecteurs (25) de la sole (5). A l'étage supérieur correspondant à l'échangeur horizontal (4), la paroi postérieure, en simple épaisseur, est percée d'un orifice circulaire d'évacuation (20) prolongé par une buse de raccordement (21), tandis que le plancher dudit échangeur (4) est prolongé dans sa partie antérieure par le volet (22) de tirage direct qui occupe sensiblement ,en position fermée, la portion dudit plancher correspondant aux cheminées internes (14). ledit volet (22) peut être actionné au moyen de la manette (23) située à l'avant de la chaudière. The rear face of the boiler, at the level of the store (2) and the combustion chamber (3), consists of a box (16), double dry wall, which ensures the heating and the distribution of the combustion air. . The outer wall of said box (16) comprises a box (17) which can contain a fan, not shown, said box being capped by an intake flap (18) comprising at its lower part a horizontal rod (19) connected by a chalnette to a draft regulator, not shown. The housing (17) communicates in full section with the internal volume of said box (16), the inner wall of which has orifices for communication with the magazine (2) and with the injector conduits (25) of the floor (5). On the upper floor corresponding to the horizontal exchanger (4), the rear wall, in single thickness, is pierced with a circular discharge orifice (20) extended by a connection nozzle (21), while the floor of said exchanger (4) is extended in its front part by the direct draft flap (22) which occupies substantially, in the closed position, the portion of said floor corresponding to the internal chimneys (14). said flap (22) can be actuated by means of the handle (23) located at the front of the boiler.

l'ensemble de la chaudière est entouré d'une jaquette isolante (24). the entire boiler is surrounded by an insulating jacket (24).

le fonctionnement de l'appareil va maintenant être expliqué: la chaudière étant allumée, la masse du combustible est introduite dans le magasin(2), par exemple sous forme de bûches placées horizontalement. la combustion primaire a lieu avec l'air distribué par le caisson (16). les gaz produits sont projetés vers le bas à travers le passage (6) de la sole (5) où ils brûlent grâce à l'air secondaire introduit par les conduits injecteurs (25) situés de part et d'autre dudit passage (6). La flamme est contenue à l'intérieur du couloir de combustion (8) pendant son parcours entre les parois réfractaires (7), sa direction générale d'éjection dépendant de l'allure de chauffe: à pleine puissance, les flammes sont propulsées énergiquement à travers le passage (6) et sont projetées vers le bas dans le couloir (8), s'échappant verticalement par la fente d'éjection (9) et horizontalement par les extrémités avant et arrière dudit couloir (8), envahissant la chambre de combustion (3) qui joue alors le rôle d'échangeur thermique. the operation of the device will now be explained: the boiler being on, the mass of fuel is introduced into the magazine (2), for example in the form of logs placed horizontally. the primary combustion takes place with the air distributed by the box (16). the gases produced are projected downwards through the passage (6) of the hearth (5) where they burn thanks to the secondary air introduced by the injector conduits (25) located on either side of said passage (6) . The flame is contained inside the combustion passage (8) during its journey between the refractory walls (7), its general direction of ejection depending on the heating rate: at full power, the flames are energetically propelled to through the passage (6) and are projected down into the corridor (8), escaping vertically through the ejection slot (9) and horizontally through the front and rear ends of said corridor (8), invading the chamber combustion (3) which then acts as a heat exchanger.

A l'inverse, à puissance réduite, la production de gaz est peu importante, et la flamme franchit le passage (6) à vitesse réduite, en sorte que, à l'intérieur du couloir (8), les flammes sont déviées vers l'avant par l'aspiration relative des-cheminées internes (14) et sortent par l'extrémité antérieure dudit couloir (8), poursuivant un parcours horizontal limité à la partie supérieure de la chambre de combustion (3). Conversely, at reduced power, the production of gas is small, and the flame crosses the passage (6) at reduced speed, so that, inside the corridor (8), the flames are deflected towards the 'before by the relative suction of the internal chimneys (14) and exit through the anterior end of said passage (8), continuing a horizontal path limited to the upper part of the combustion chamber (3).

les gaz chauds, dans ce cas, n'entrent en contact avec aucune des parois humides. de ladite chambre (3), et gagnent, en se partageant, l'une ou l'autre des cheminées (14). Les surfaces d'échange de l'étage inférieur de la chaudière sont alors mises à l'écart du circuit gazeux. Dans tous les cas, la chambre de combustion (3), recevant les imbrûlés, sert de cendrier.the hot gases, in this case, do not come into contact with any of the wet walls. of said chamber (3), and gain, by sharing, one or the other of the chimneys (14). The exchange surfaces of the lower stage of the boiler are then removed from the gas circuit. In all cases, the combustion chamber (3), receiving the unburnt materials, serves as an ashtray.

A l'intérieur des cheminées (14), lorsque la chaudière fonctionne à allure réduite, les fumées remontent à proximité de la paroi sèche située à l'intérieur de leur changement de direction, empruntant le plus court chemin, conformément aux lois de l'aéraulique; elles ont conservé une grande partie de leur chaleur lorsqu'elles atteignent l'échangeur horizontal (4). Pour une allure de marche à puissance élevée, le mode de déplacement est plus rapide et plus turbulent, et les fumées occupent tout le volume intérieur desdites cheminées (14), échauffant la paroi humide dont chacune est en partie constituée. Avantageusement, en raison de leur température élevée, lesdites cheminées (14) sont peu sensibles à l'encrassement. Inside the chimneys (14), when the boiler is operating at a reduced speed, the fumes rise near the dry wall located inside their change of direction, taking the shortest path, in accordance with the laws of the air flow; they have retained a large part of their heat when they reach the horizontal exchanger (4). For a high power walking pace, the mode of movement is faster and more turbulent, and the fumes occupy the entire interior volume of said chimneys (14), heating the wet wall, each of which is partly made up. Advantageously, due to their high temperature, said chimneys (14) are not very sensitive to fouling.

A l'intérieur de l'échangeur horizontal (4), en allure réduite, les fumées se déplacent d'avant en arrière en adoptant un régime peu turbulent, restant à proximité de la paroi supérieure en raison de leur faible densité relative; elles s'échappent ensuite par l'orifice d'évacuation (20). Inside the horizontal exchanger (4), in reduced speed, the fumes move from front to back by adopting a slightly turbulent regime, remaining close to the upper wall because of their low relative density; they then escape through the discharge orifice (20).

A l'inverse, lors du fonctionnement à pleine puissance, les fumées balayent la totalité du volume dudit échangeur (4) en raison de leur débit élevé et des turbulences engendrées par l'accroissement de leur vitesse, ce qui favorise les échanges de chaleur. Conversely, during operation at full power, the fumes sweep the entire volume of said exchanger (4) due to their high flow rate and turbulence caused by the increase in their speed, which promotes heat exchange.

Enfin, aux allures intermédiaires, le fonctionnement se caractérise par une mise en service partielle des parois humides de la chambre de combustion (3) et par un remplissage partiel des échangeurs, ce qui constitue une certaine adaptation de la surface d'échange à la puissance calorifique produite. Finally, at intermediate speeds, the operation is characterized by partial commissioning of the wet walls of the combustion chamber (3) and by partial filling of the exchangers, which constitutes a certain adaptation of the exchange surface to the power calorific produced.

Avantageusement, cette adaptation a lieu sans intervention humaine ou mécanique. Advantageously, this adaptation takes place without human or mechanical intervention.

Claims

REVENDIOA2IONS

1) Solid fuel boiler, in particular a wood boiler, which comprises a water jacket (1) partially surrounding a fuel store (2), an underlying combustion chamber (3), and a horizontal exchanger (4 ) placed above said store (2), said water jacket (1) comprising five walls which form: the top, the bottom, the two side walls of said boiler, and most of the floor of said exchanger (4) , said chamber (3) being separated from said store (2) by a refractory hearth (5) pierced with a median communication passage (6), which is extended, below, by two refractory walls (7) vertical, parallel in the median plane, forming a combustion passage (8), the rear wall of said boiler, located 11 opposite the loading door (11), being largely constituted by a box (16) for distributing air, with dry walls, this boiler being characterized in that said chamber (3) co mmunique with said exchanger (4) by two internal chimneys (14) with dry walls, located inside said store (2), on either side of the loading door (11).

2) Boiler according to claim 1 characterized in that said refractory walls (7) approach one another, downward, bending without joining, delimiting openings open in two directions, one vertical, down, the other horizontal, forward and backward.

3) Boiler according to claim 1 or 2, characterized in that each of said internal chimneys (14) is held against the corresponding wall of said store (2) by deformable connections (15) formed of metal rods bent at obtuse angle, one of which one end is welded to said wall of said magazine (2), the other being welded to said chimney (14).

4) Boiler according to any one of the preceding claims, characterized in that said internal chimneys (14) are fixed to the side walls of said store (2) by any fixing means allowing the thermal elongation of said chimneys (14), either by elastic deformation or by sliding.