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Brûleur pour chaudière à combustibles solides du type biomasse, pneu ainsi
qu'une chaudière
comportant un tel brûleur.
La présente invention concérne . un brûleur pour chaudière à combustibles
solides du type
biomasse, pneu ainsi qu'une chaudière comportant un tel brûleur.
Le domaine de la production d'énergie à partir de la biomasse a connu ces
dernières années un
grand développement. En effet, les problèmes liés aux réssources énergétiques
habituelles telles
que les hydrocarbures taiit du point de vue de la diminution des réserves, que
des pollutions
engendrées ou même tout simplement de leur coût économique, ont amené à une
réflexion sur
l'utilisation de la biomasse en tant que source d'énergie.
De manière classique, le terme. de biomasse regroupe l'ensemble des énergies
provenant de la
dégradâtion de la matière organique produite à partir de l'énergie solaire
transformée par les
plantes utilisées soit directement soit après une méthanisation de la matière
organique (biogaz)
ou de nouvelles transformations chimiques (biocarburant).
La présente invention vise plus particulièrement le domaine de l'utilisation
de biomasse en tant
que combustible alimentant une chaudière.
Ainsi, on connaît_déjà des installations de production d'énergie à partir de
la combustion de
combustibles très variés tels que sciure, bûches, pailles, déchets végétaux,
sous produit de forêt
ou taillis, rafle de maïs, noix de coco, etc.
Le brûleur qui constitue la chambre de combustion de la chaudière met en
présence le
combustible et le comburant constitué d'air, en vue de la combustion. Ce
brûleur est
généralement constitué d'une enceinte dans laquelle s'effectue le remplissage
en, combustible et
l'admission d'air en tant que comburant.
3.0 Une flamme mal alimentée en comburant est longue et fumante car elle
cherche de l'oxygène
sur sa hauteur. Aussi, de manière à générer une circulation d'air au sein du
brûleur pour
favoriser la flamme, on prévoit dans la chaudière un ventilateur permettant
l'admission d'air
primaire et secondaire et ainsi que le plus souvent un ventilateur pour la
sortie des fumées dans
la partie haute de la chaudière. La présence de çes ventilateurs peut générer
des problèmes
.35 d'entretien du fait de leur expôsition à des températures relativement
élevées, ces températures
élevées étant nécessaires à une bonne combustion.
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On a pu également remarquer qu'en fonction de la nature du combustible,
survenait l'apparition
plus ou moins importante de résidus. Ainsi, lorsque le combustible est à base
de bois, la
combustion ne génère quasiment pas de cendres alors que dans le cas de
céréales, des résidus
solides sous forme de mâchefer sont formés lors de la combustion.
De manière à résoudre ce problème des résidus de combustion, on a proposé dans
le document
FR 2 880 407, un dispositif de chauffage comportant notamment un brûleur à
combustible
fragmenté tel que des céréales qui est adapté pour permettre l'extraction des
résidus solides sans
intervention humaine extérieure et sans interrompre le folictionnement du
dispositif de
chauffage. Un tel brûleur autonettoyant est ainsi constitué d'une enceinte
ajouréé composée
d'une partie haute munie d'ouvertures supérieure et inférieure et d'une partie
basse munie
également d'une ouverture supérieure communiquant avec l'ouverture inférieure
de la partie
haute, la partie basse étant montée mobile en déplacement entre une position
de fonctionnement
et une position de nettoyage dans laquelle son ouverture supérieure est
dirigée vers le bas, des
moyens de fermeture étant prévus pour fermer l'ouverture inférieure de la
partie haute lorsque la
partie basse est déplacée.
On connaît également par EP 0 882 201 une chaudière à alimentation continue en
combustible
solide parcellisé dont la combustion est optimisée. Une telle chaudière
présente 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. Les moyens de
circulation d'air
sont constitués par des moyens de mise en dépression des étages supérieur et
inférieur depuis
Taval de l'étage supérieur. Une telle chaudière présente donc l'avantage que
l'air circulant sous.
l'effet de la dépression ne peut pas suivre un autre parcours que celui qui
lui est imposé par les
moyens de mise en dépression contrairement à des moyens du type à pulsiori.
Une telle
chaudière présente un rendement élevé grâce à l'optimisation de la combustion
et du
prélèvement de la chaleur produite, notamment grâce aux moyens de circulation
de l'air
ascendante. Ces nioyens sont classiques du type turbine.
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Toutefois, en dehors de cette configuration en étages superposés pour générer-
la circulation de
l'air, il n'ést pas possible d'envisager d'autres configurations de
chaudières.
Dans DE 102004051685, on a proposé une chaudière avec une chambre de -
combustion dans
laquelle des copeaux de bois sont poussés automatiquement par une vis
d'alimentation sans fin.
L'air frais indispensable à la combustion avec l'oxygène arrive par une
conduite d'air primaire
sous une grille d'installation de chauffe ou au dessus dans la chambre de
combustion. La
chaleur libérée par la combustion chauffe l'eau dans le circuit de chauffage
par les parois de la
cuve et un système de tuyaux avec des gaz de combustion qui transmettent la
chaleur seulement
en partie par le circuit de chauffage. Un échangeur de chaleur gaz de
combustion - air primaire
est prévu dans la coiiduite de gaz de combustion au-dessus de la chambre de
combustion. Cet
échangeur agit comme chambre de réchauffement de l'air primaire. A l'intérieur
de l'échangeur
de chaleur, de nombreux tubes sont disposésverticalement depuis le fond
jusqu'au couvercle,
les gaz de combustion traversent verticalement ces tuyaux pour aller vers
la.cheminée et les
chauffeiit. Sur les parois latérales opposées de l'échangeur de chaleur, se
trouvent une ouverture
d'admission pour l'air primaire et une ouverture de sortie pour la conduite de
liaison permettant
l'amenée de l'air primaire nécessaire à la combustion. L'air primaire
traversant
horizontalement, de l'ouverture d'admission vers l'ouverture de sortie, est
réchauffé au contact
des tubes contenant les gaz de combustion. A l'ouverture de sortie, l'air
primaire réchauffé
passe par la conduite vers la chambre de combustion du combustible de la
chaudière et une
amélioration considérable du degré d'efficacité est atteinte avec cette
arrivée d'air associé à la
chaleur. Pour accéder à la capacité d'écoulement nécessaire pour la
combustion, un déchargeur
à ventilation est agencé pour l'arrivée de l'air primaire et le retrait des
gaz de combustion dans
le trajet d'écoulement. Un ventilateur axial est apporté, lequel est
positionné entre l'échangeur
de chaleur et la cheminée et fonctionne en tant qu'aspirateur dans le trajet
d'écoulement de
l'échangeur de chaleur et de la chaudière et en tant que générateur de
surpression dans la
cheminée. On a donc ici une chaudière à deux étages et donc encombrante.
Dans US 2003/0097969 est proposé un incinérateur pour la combustion de déchets
solides tels
.30 que des cosses. Cet incinérateur comprend un foyer ayant des parois
périphériques s'étendant
verticalement avec une partie basse définissant la chambre de combustion
principale, une
section intermédiaire au-dessus défnissant une chambre de combustion
auxiliaire, une section
de refroidissement au dessus de la section .intermédiaire et une section haute
au-dessus de la
section de refroidissement formée avec une sortie d'effluent pour la sortie
des gaz de
combustion générés dans la chambre de combustion principale et auxiliaire. Il
existe également
une sablière de cloison séparant les deux chambres de combustion et formant un
canal en
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communication fluide avec les deux chambres. Une unité d'alimentation
comprenant un moteur
d'avance permet de délivrer les déchets solides au foyer. Un espace est agencé
entre la paroi
périphérique et un écran isolant de la. chaleur s'étend tout autour des
différentes sections à
l'exception de la partie haute et de la sortie d'effluent. Une sortie d'air en
communication fluide
avec l'espace est ménagée dans la paroi périphérique de l'écran isolant de la
chaleur et est
adjacente à la partie haute de celui-ci. Un ventilateur est placé en aval de
cette sortie d'air et sur
une conduite d'air pour introduire de l'air, via l'extrémité inférieure
ouverte de l'incinérateur,
dans l'espace, la sortie d'air et dans le sécheur de sorte que l'air introduit
est chauffé dans
l'espace par le flux de chaleur de la paroi périphérique. Dans un sécheur
associé au dispositif,
un capteur de température est installé et génère des signaux électriques
correspondant à la
température captée et est connecté à une unité de contrôle qui permet de
réguler l'alimentation
en déchets solides du foyer via le moteur 'en fonction de la température du
sécheur. Un
ventilateur principal est relié au foyer par une conduite d'air et permet de
délivrer de l'air au dit
foyer. Un plateau support de déchets solides est disposé dans la section basse
du foyer et
compôrte plusieurs trous permettant le passage de la cendre qui est amenée à
une sortie basse
par une roue actionnée par un moteur. Un râteau est monté rotatif via un
moteur au dessus du
plateau support pour remuer les cendres et pour faciliter la chute. de celles-
ci via les trous et
ainsi augmenter l'efficacité de combustion du foyer.
Une meilleure circulation de l'air est indispensable pour une bonne combustion
des déchets
solides. La bonnè circulation de l'air primaire peùt comme décrit dans les
documents ci-dessus
décrits être obtenue à l'aide de ventilateurs. Toutefois, ces ventilateurs
sont toujours utilisés en
dehors de la chambre de combustion ou brûleur car en effet, il n'est pas
possible de les
positionner à l'intérieur de ce brûleur du fait de la çhaleur. En général, ces
ventilateurs sont soit.
positionnés en dehors de la chambre de combustion (US 2003/0097969), soit
positionné au-
dessus de ladite chambre, après une partie échangeur de chaleur avant la
cheminée (DE 10 2004
05.1 685). De fait de la températurè régnant au sein du brûleur, on évite par
ces dispositions des
problèmes d'entretien du fait de leur exposition à des températures élevées.
Aussi, la présence
de ces ventilateurs génère un encombrement spatial et limite également la
montéé en
température au sein du brûleur, puisque ces ventilateurs au-delà d'un certain
seuil de
températures risquent d'être endommagés même s'ils sont en dehors du brûleur.
La présente invention vise donc à proposer un brûleur dans lequel on a
optimisé la combustion
de telle sorté qu'il puisse être alimenté en différents types de biomasse tout
en présentant des
caractéristiques de rendement optimisées tout en pouvant être intégré au sein
d'une chaudière
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sans que celle-ci n'ait besoiri de présenter deux étages superposés. On peut
donc ainsi avec un
tel brûleur réalisé une chaudière d'architecture différente, notamment au
niveau de l'échangeur.
En outre, la présente invention tend vers un brûleur dans lequel on puisse
utiliser un
5 combustible solide tel que de la biomasse que celle-ci soit constituée de
céréales, de résidus de
tournesol ou de colza, de betteraves en granules, de granules de bois, de bois
déchiqueté, etc.,
mais qui permet en outre d'utiliser également d'autres combustibles tels que
des pneus usagés.
C'est-à-dire un brûleur dans lequel la température de combustion peut être
très élevée.
De manière à éviter les problèmes liés aux résidus solides pouvant résulter de
la combustion de
certaines natures de biomasse comme évoqué précédemment, on propose un brûleur
dans lequel
la combustion génère beaucoup moins de ces résidus en particulier lors de la
combustion des
céréales, et qui nécessite donc de ce fait un nettoyage moins fréquent.
A cet effet, l'invention a pour objet un brûleur à combustible solide tel que
biomasse, pneus,
comprenant un corps de chauffe constitué d'un cylindre pourvu de moyens
d'alimentation en
combustible solide et de moyens d'admission d'air primaire en tant que
comburant, ledit
cylindre étant pourvu dans sa partie inférieure, d'une plaque, caractérisé en
ce que ladite plaque
est positionnée au-dessus de moyens d'admission d'air primaire, cette plaque
munie de
perforations étant agencée pour recevoir le combustible sans que celui-ci né
la traverse, et ledit
brûleur comportant en outre à l'intérieur dudit cylindre des moyens générant
une dépression au
sein du brûleur de sorte à créer une circulation d'air primaire depuis le
dessous de ladite plaque,
au travers de celle-ci et du combustible reposant dessus jusqu'à un conduit de
sortie des gaz en
partie supérieure dudit brûleur.
Ainsi, la dépression générée au sein du corps de chauffe du brûleur par les
moyens se trouvant
dans le cylindre lui-même et donc dans la chambre de combustion elle-même et
non plus à
l'extérieur de celui-ci en amont et/ou en aval, comme cela était le cas dans
les documents
précédemment cités, permet d'aspirer l'air depuis le fond du brûleur au
travers de la paroi
munie de perforation et donc d'accélérer l'air au trâvers du brûleur, de
transporter les gaz
formés à la base du cylindre par l'élévation de la température jusqu'au tube
de sortie du brûleur
dans la partie supérieure dudit cylindre, le cylindre présentant une hauteur
suffisante pour
séparer les gaz des particules non brûlées qui peuvent redescendre vérs la
paroi du fond. On
obtient donc une circulation d'air au sein du brûleur çonsidérablement
améliorée, et donc une
élévation de température au sein du brûleur qui aboutit à une combustion quasi
sans résidu.
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De plus, on prévoit au niveau de la plaque de fond un moyen de raclage de
plaque de fond qui
sert également à niveler le niveau du combustible pour que l'air passe de
manière régulière, le
moyen de raclage jouant un rôle de tisonnier à la surface du feu, ce qui
l'accélère encore. Ce
moyen de raclage est maintenu à une certaine hauteur pour éviter que le feu ne
s'éteigne.
De préférence, l'alimentation en combustible s'effectue depuis la partie
supérieure du brûleur à
l'aide de moyens de distribution tels qu'une écluse rotative. Cette
distribution du combustible
est ainsi beaucoup plus régulière qu'avec une vis sans fin et en outre elle
offre l'avantage de se
faire sans qu'il y ait passage d'air de l'extérieur du brûleur vers
l'intérieur. On est ainsicapable
de réaliser une alimentation dosée, calibrée du combustible.
Ainsi, il est possible d'obtenir des résidus inférieurs à 1% du combustible
utilisé. Il résulte de
ceci une forte production de gaz.
Aussi, selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse de
l'invention, les moyens
permettant la mise en dépression au sein du brûleur et logés dans ledit
cyli.ndre du brûleur sont
constitués par des moyens d'amenée d'air comprimé positionnés dans la partie
supérieure du
cylindre et créant la dépression à la manière d'un effet venturi, les mo ens
d'amenée d'air
comprimé étant en outre dirigés vers le tube de sortie des gaz.
La dépression ainsi créée au sein même du brûleur selon l'invention est de
manière avantageuse
beaucoup plus importante qu'une dépression créée avec un ventilateur extérieur
et encore plus.
importante que celle.obtenue par le tirage naturel d'une cheminée. Par
ailleurs, l'air comprimé
amené directement au sein du cylindre est chaud et ne crée donc aucun point
froid qui pourrait
perturber le fonctionnement.
De cette manière, ces moyens d'amenée d'air comprimé sont positionnés de
manière que l'air
de cet effet venturi fournisse également le. comburant nécessaire à la
combustion des gaz
dans le tube de sortie du brûleur. En effet, l'air comprimé et l' effet
venturi génèrent une
poussée importante permettant une sortie de gaz en partie haute de la
chaudière.
L' effet Venturi transforme la dépression interne du pot de combustion
(cylindre) en
pression dans le tube de sortie du brûleur en quelques centimètres et sans
pièce mécanique, à
l'aide d'un simple giçleur. Cette transformation de la pression n'est possible
que du fait de
l'espace restreint du brûleur et de l'énergie liée à l'air comprimé. Cette
concentration et l'apport
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en comburant au niveau du tube de sortie génèrent une flamme à haute
température entre 850 C
et 1000 C en fonction du combustible, ce qui finalise la combustion.
De manière très avantageuse, l'alimentation en air comprimé se fait à l'aide
d'un gicleur
alimenté par un compresseur et le réglage de la pression en air comprimé est
réalisé de manière
simple à l'aide d'un détendeur, ce qui permet de garantir une, combustion
optimale quel que soit
le combustible utilisé.
Cette dépression interne créée dans le corps de chauffe du brûleur assure une
sécurité au niveau
de la propagation du feu, notamment vis-à-vis de l'alimentation en
combustible.
Par ailleurs, un brûleur selon l'iiivention nécessite la présence de peu de
combustible par
exemple 100 grammes de cômbustibles pour un brûleur de 30. Kw. De ce fait, on
garantit un
arrêt rapide permettant une régulation plus aisée.
Un brûleur selon l'invention propose donc une combustion rapide dans un espace
restreint très
chaud et avec une circulation d'air très importante. Cette concentration de la
combustion au
niveau du brûleur seul génère une chaleur beaucoup plus élevée que dans une
chaudière
classique avec un ventilateur ou à tirage naturel que la circulation d'air se
fasse en dépression
ou en pression (air pulsé).
De même, la sortie du mélange gaz-air prend une accélération et une
compression liées à l'effet
Venturi également dans un espace restreint.
Un brûleur selon l'invèntion du fait de la régularité de son alimentation en
combustible et en air
ne nécessite pas un système de régulation trop complexe, en particnlier ne
nécessitant pas des
moyens électroniques de régulation complexes. L' effet venturi survenant
dans le brûleur
permet une adjonction d'air plus importante dans un espace plus réduit (donc
plus chaud) ce qui
permet une pyrolyse en sortie du brûleur (effet chalumèau) contrairement à un
ventilateur qui a
une vitesse plus faible et une sortie plus grosse pour un même débit.
Selon une première forme de réalisation particulière, le brûleur comporte une
enveloppe
extérieure qui définit avec le cylindre un compartiment annulaire constituant
des moyens
d'amenée d'air jusqu'aux moyens d'admission d'air primaire situés sous
la.plaque de fond du
brûleur. Ces moyens d'admission d'air sont simplement constitués d'un espace
ménagé sous la
plaque de fond dudit brûleur dans lequel de l'air est amené, ledit espace
étant défini par ladite
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g
enveloppe extérieure se prolongeant sous le cylindre. De manière avantageuse,
l'air circulant
dans le compartiment annulaire entourant le cylindre se réchauffe ce qui, lors
de son entrée dans
le brûleur, favorise encore la combustion.
Dans cette forme de réalisation, on peut envisager que le brûleur soit
extérieur à la chaudière.
En variante, l'espace sous la plaque'de fond constituant les moyens
d'admission d'air primaire
peut être défini par le cylindre lui-même ou la chaudière, des moyens d'amenée
d'air
débouchant dans cette espace et amenant l'air depuis la partie basse de la
chaudière. Ces
moyens d'amenée d'air peuvent être concentriques aux tubes de sorties des gaz
d'échappement
de la chaudière de sorte qu'un échange thermique intervient permettant le
réchauffement de l'air
primaire avant son admission dans le brûleur ce qui favorise la combustion et
le refroidissement
des gaz d'échappement avant leur sortie de la chaudière. On optimise ainsi le
rendement
calorique.
Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens d'admission
d'air sont
également constitués d'un espace ménagé sous la plaque de fond dudit brûleur
dans lequel de
l'air est amené, les moyens d'amenée d'air primaire étant constitués d'un tube
s'étendant, de
préférence çentralement, dans le cylindre depuis la partie haute de celui-ci
et débouchant sous lâ.
plaque dudit brûleur par une ouverture centrale de section suffisante pour
l'air primaire. L'air
primaire se déplaçànt dans ce tube central au sein du brûleur se trouve
considérablement
réchauffé, ce qui favorise la combustion.
L'invention conceme également une chaudière comportant un brûleur selon
l'invention. Cette
chaudière peut donc comporter un brûleur central en fonctionnement tout ou
rien ,
l'alimentation du brûleur se faisant en continu en phase de chauffage. De
préférence, une telle
chaudière est du type cylindrique verticale, le brûleur se logeant dans la
partie centrale haute.
De manière très avantageuse, un brûleur selon l'invention et la chaudière
l'incorporant pourront
utiliser en tant que çombustibles solides des céréales, des betteraves en
granulés, des granulés
de bois, du bois déchiqueté, des tourteaux de colzâ et similaires mais
également des pneus
déchiquetés.
Une chaudière selon l'invention nécessite peu de pièces mobiles donc.peu de
moteurs et donc
peu d'entretien. Le compresseur est de préférence extérieur à la chaudière, il
n'est donc pas
sujet aux écarts de température.
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Ainsi, un tel brûleur permet d'utiliser également les déchets de colza
(tourteaux) résultant du
pressage du colza par exemple pour fabriquer du carburant.
Pour du bois déchiqueté, un calibrage est nécessaire car des morceaux de bois
trop gros nuisent
au fonctionnement du brûleur. Ce calibreur sert de distributeur dans
l'alimentation en
combustible sous la réserve.
Dans le cas de pneus, on prévoit alors que le brûleur comporte au niveau du
tube de sortie des
gaz, des moyens de génération d'une flamme, par exemple des moyens
d'alimentation en
propane ôu en butane, qui permettent de brûler les gaz lors de leur
échappement du.brûleur, ce
qui évite très avantageusement toute odeur de caoutchouc brûlé. De préférence,
les moyens de
génération de flamme sont réglables sur une plage donnée.
Le brûleur selon l'invention permet donc d'utiliser un combustible solide tel
que la biomasse et
ce, quelle que soit cette biomasse, mais égalerrient permet d'envisager
l'utilisâtion des pneus
usagés déchiquetés en tant que combustible solide sans générer aucun des
inconvénients
-habituels en particulier les odeurs désagréables.
En particulier, pour s'adapter à des combustibles à expansion gazeuse
importante tels que les
pneus, les résidus de colza, un gicleur plus gros permet de fournir plus d'air
comprimé en sortie
du brûleur sans augmenter la dépression au sein dudit brûleur. Par,
conséquent, un tel gicleur
permet de brûler en sortie le surplus de gaz. généré sans modifier la
dépression au sein du
brûleur en particulier en partie inférieure de celui-ci, la circulation de
l'air n'est ainsi pas
modifiée.
Un tel brûleur permet d'avoir uii flux inversé gaz-eau (sortie des gaz du
brûleur dans la partie la
plus haute de la chaudière - sortie des gaz refroidis en partie basse donc à
l'arrivée d'eau plus
froide).
De plus, à l'arrêt la chaudière a un effet montgolfière, les gaz chauds ne
peuvent pas s'échapper.
La convection ne pouvant se faire dans la cheminée, les déperditions se
trouvent
considérablement réduites.
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De plus, un brûleur selon l'invention peut aussi être agencé de manière'à
pouvoir être positionné
sur uneporte de chaudière classique type fuel ou bois de manière à transformer
celle-ci. Il aura
alors de préférence une petite capacité d'environ 10 à 15 Kw.
5 On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence au dessin
dans lequel :
La figure 1 réprésente une vue en coupe longitudinale d'une première forme de
réalisation d'un
brûleur selon l'invention ;
10 La figure 2 représente une vue en coupe du brûleur de la figure 1 au niveau
de la ligne A-A;
La figure 3 représente une vue en coupe longitudinale d'un exemple de
chaudière avec un
brûleur selon la figure 1;
.15 La figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'un autre exemple
de chaudière avec un
brûleur selon la figure 1;
La figure 5 représente une vue en coupe longitudinale d'une deuxième forme de
réalisation d'un
brûleur selon l'invention ;
La figure 6 représente une vue en coupe d'une partie d'un autre exemple de
chaudière avec un
brûleur selon la figure 5;
La figure 7 représente une vue en coupe de la chaudière selon la ligne de
coupe B-B ;
La figure 8 représente une vue en coupe. d'un brûleur selon l'invention
positionné sur une
chaudière classique ; et
La figure 9 représente une vue en coupe de la figure 8.
Le brûleur selon l' invention comprend un cylindre 1 en matériau réfra.ctaire
tel què _ de l'inox
réfractaire et une enveloppe extérieure la. Cet inox réfractaire présente
l'avantage de présenter
une faible épaisseur. La masse calorique est donc moins importante et donc la
mise en
température pour de bonnes conditions de combustion peut se faire plus
rapidement qu'avec un
matériau réfractaire de masse plus importante.
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Dans la paroi supérieure lb fermant le cylindre 1 est ménagée une ouverture
d'alimentation en
combustible. Au travers de cette ouverture s'engage un tube d'alimentation 5
en combustible
relié à une réserve 6a de combustible par l'intermédiaire d'une écluse
rotative 6 qui assure de
manière régulière l'approvisionnement en combustible du brûleur. La
configuration de l'écluse,
de la réserve et du tube. 5 permet la régularité de l'approvisionnement et
même de doser,
calibrer cet approvisionnement. L'écluse peut être linéaire ou cylindrique
mais elle doit
surtout ne jamais laisser passer d'air.
Le cylindre 1 comporte en outre une paroi de fond 3 munie de perforations dont
les dimensions
et les perforations sont choisies en fonction de la puissance du brûleur. En
particulier, cette
paroi de fond 3 constituant la plaque de fond ne laisse pas passer le
combustible mais peut
laisser passer l'air. Cette paroi de fond perforée 3, par exemple une grille,
est de préférence
constituée d'une tôle d'acier réfractâire.
Le cylindre 1 du brûleur est entouré d'une enveloppe extérieure la s'étendant
parallèlement
audit cylindre 1 et se prolongeant dans la partie inférieure de celui-ci
sensiblement sous forme
conique.
Le brûleur comporte en outre des moyens d'admission d'air primaire dans le
cylindre 1 ou corps
de chauffe. Ces moyens d'admission d'air 13 sont positionnés dans la partie
inférieure du
brûleur au-dessous de la paroi de fond 3. L'air est amené au niveau des moyens
d'admission 13
constitués de l'espace conique défini entre la paroi de fond 3 et l'enveloppe
extérieure la
entourant le cylindre et ce, depuis la partie haute du brûleur, et donc de la
chaudière (voir la
figure 3), via le compartiment annulaire lc ménagé entre le cylindre 1 et
ladite enveloppe
extérieure 1 a.
Le brûleur comporte en outre des moyens permettant de générer une dépression
au sein dudit
brûleur, ces moyens sont constitués de moyens de distribution d'air comprimé 2
positionnés
dans la partie haute du cylindre 1 du brûleur.
Cette alimentation en air comprimé génère un effet venturi dans la partie
supérieure du cylindre
1 qui se trouve ainsi mis en dépression.
Du fait de la dépression créée dans le cylindre 1, la paroi de fond munie de
perforations 3 joue
le rôle d'une tùyère de combustion, l'air débouchant dessous étant aspiré par
la dépression
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régnant dans le cylindre 1 et traverse le combustible reposant dessus. Le
brûleur fonctionne
ainsi sensiblement à la manière d'une forge.
Du fait de cette dépression, les gaz formés à la base par l'élévation de la
température, s'élèvent
jusqu'à l'effet venturi V généré dans la partie haute du cylindre 1 vers le
tube de sortie 4 du
brûleur tandis que l'air de cet effet venturi fournit le comburant nécessaire
à la combustion dans
le tube de sortie 4 du brûleur.
On prévoit également au sein du cylindre 1, un arbre 8, de préférence
tubulaire, qui s'étend au
travers de la paroi supérieure du cylindre 1 vers la tuyère de combustion 3.
Cet arbre 8 est
entraînable en rotation de manière simultanée avec l'écluse rotative 6, tandis
que sonextrémité
libre dans la partie inférieure du cylindre 1 est pourvue d'un moyen de
raclage 9 ou racleur qui
permet l'étalement du combustible de façon régulière dans la partie inférieure
du cylindre 1 sur
la paroi de fond 3.
Ce racleur 9 permet de niveler le combustible de sorte que l'air qui passe au
travers de la paroi
de fond 3 traverse la même épaisseur de combustible afin que le feu soit
régûlier sur toute la
surface du brûleur.
Cet arbre 8 comporte en outre, dans sa partie supérieure extériéure au
cylindre 1, un orifice
d'entrée d'air 8a, éventuellement de sortie en partie basse. L'air entrant
permet le
refroidissement de l'arbre 8.
Dés moyens d'admission d'air secondaire sous la forme d'un tube 11 s'étendant
parallèlement
audit arbre 8 et raccordés aux moyens d'amenée d'air primaire 1 c, sont
également prévus. Ce
tube 11 débouche dans la partie supérieure du cylindre 1 et assure la
continuité de la flamme
dans la partie haute du brûleur, au niveau de l'effet venturi.
Sur le côté du brûleur dans le compartiment 1 c, une résistance électrique
insérée dans une
céramique est logée dans un tube 14 et assure l'allumage du combùstible dans
le bas du brûleur.
Une alimentation en air plus faible qu'en régime de fonctionnement est prévue
le temps de
l'allumage. L'air qui passe entre le pot de combustion (cylindre 1) et
l'enveloppe extérieure la
du brûleur se réchauffe pour une meilleure combustion. Cet air possède un
débit réglable pour
pouvoir différencier la précombustion-gazéification de la post-combustion
(plus d'air à l' effet
venturi génère plus de dépression).
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Lorsqu'on utilise en tant que combustibles le bois ou le tournesol, les
résidus de combustion
uniquement constitués de cendres légères sont également aspirés par l'effet
venturi et expulsés
du brûleur par le tube de sortie 4 avec les gaz. Ce tube de sortie 4 dans
lequel. la pyrolyse
s'effectue doit présenter une longueur suffisante pour que toutes les
particules et le goudron
soient montés en température afin de les brûler, en particulier en vue de
répondre aux normes en
vigueur.
Les gaz à la sortie du brûleur (représentés par les flèches noires sur la
figure 3) sont projetés
(effet cyclone) de manière à tourner autour du brûleur afin que les particules
se trouvent
projetées sur la face interne 15a d'une paroi 15 de la chaudière définissant
avec la paroi
extérieure 18 de ladite chaudière un compartiment E dans lequel s'écoule
(flèches*blanches)
l'eau se chauffant par échange thermique avec les gaz. Les gaz sont alors
repris en partie basse
au niveau de sorties 16 ménagées au centre, donc une fois qu'ils sont moins
chauds et sans
particules. Les cendres descendent par gravitation vers un tiroir 17 dans le
bas de la chaudière.
Dans le cas de combustible tel que le blé, les cendres se retrouvent sur la -
plaque de fond ou
tuyère 3 à la manière de mâchefer. De manière à permettre le nettoyage du
brûleur, on prévoit
des moyens d'entraînement en translation de l'arbre 8 de sorte à abaisser le
moyen de raclage 9
de sa position de mélangeur du combustible à une position de contact avec la
tuyère de
combustion 3 de sorte que le moyen de raclage 9 sert alors à broyer les
résidus pour les faire
passer au travers des perforations de la tuyère 3 dans le cendrier.
Ces moyens d'entraînement peuvent notamment être constitués d'un vérin, de
préférence
pneumatique.
Au centre du tiroir 17 ménagé dans le bas de la chaudière pour recueillir les
cendres, on prévoit
un moyen d'obturation 19 qui obstrue la sortie des résidus sous forme de
mâchefer: Lorsqu'on -
sort le tiroir 17, ce mâchefer tombe dans les cendres.
Lorsque le combustible utilisé est constitué de résidus de pneus, les parties
métalliques
résultantes s'accumulent sur la paroi de fond 3. Cette paroi de fond 3 est
alors de préférence
agencée pour pivoter de 90 (représentée en pointillés à la figure 1) autour
d'un axe pour que les
déchets métalliques tombent dans le cendrier 17.
Dans l'exemple de chaudière représenté à la figure 4, les moyens d'amenée
d'air primaire à la
partie basse du brûleur sont ménagés dans la partie basse de la chaudière et
sont constitués d'un
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tube 20 concentrique aux sorties des gaz 16 ce qui permet de réchauffer l'air
primaire tout en
refroidissant les gaz d'échappement avant leur sortie de la chaudière. Ce tube
20 débouche dans
la partie inférieure du cylindre 1 sensiblement de forme conique, sous la
plaque de fond 3,
constituant les moyens d'admission d'air primaire. Le brûleur représenté dans
la chaudière de la
figure 4 ne présente donc pas d'enveloppe extérieure la définissant un
compartiment d'amenée
d'air. Pour des raisons de clarté certains éléments du brûleur de la figure 1
tels que, les moyens
d'admission d'air secondaire ne sont pas représentés aux figures 3 et 4 mais
peuvent bien
entendu être présents.
Comme pour le brûleur de la figure 1, le brûleur représenté à la figure 5
comprend un cylindre
1'. Dans la paroi supérieure l'b fermant le cylisdre l' est ménagée une
ouverture d'alimentation
en combustible. Au travers de cette ouverture s'engage un tube d'alimentation
5 en combustible
relié à une réserve 6a de combustible par l'intermédiaire d'une écluse
rotative 6 qui assure de
manière régulière l'approvisionnement en combustible du brûleur. L'écluse 6
peut être linéaire
ou cylindrique mais elle doit surtout ne jamais laisser passer d'air.
Le cylindre l' comporte en outre une plaque ou grille de fond 3' présentant
sensiblement les
mêmes caractéristiques que celle précédemment décrite.
Le brûleur l' comporte également des moyens permettant de générer une
dépression au sein
dudit brûleur, ces moyens sont constitués de moyens de distribution d'air
comprimé 2'
positionnés dans la partie haute du brûleur.
Cette alimentation en air comprimé génère un effet venturi V dans la partie
supérieure du
cylindre l' qui se trouve ainsi mis en dépression.
Du fait de la dépression créée dans le cylindre l', la paroi de fond munie de
perforations 3'. joue
le rôle d'une tuyère de combustion, l'air débouchant dessous* étant aspiré par
la dépression
régnant dans le cylindre l' et traverse le combustible reposant dessus. Le
brûleur fonctionne
- ainsi sensiblement à la manière d'une forge.
Du fait de cette dépression, les gaz formés à la base par l'élévation de la
température, s'élèvent
jusqu'à l'effet venturi V généré dans la partie haute du cylindre l' vers le
tube de sortie 4' du
brûleur tandis que l'air de cet. effet venturi V fournit le comburant
nécessaire à la combustion
dans le tube de sortie 4' du brûleur.
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Le brâleur comporte en outre des moyens d'admission d'air primaire dans le
cylindre 1' ou
corps de chauffe. Ces moyens d'admission d'air 13' sont constitués d'un espace
ménagé sous la
plaque ou grille 3'. Les moyens d'amenée, d'air primaire vers lesdits moyens
d'admission d'air
sont constitués par un tube 130 s'étendant dans le cylindre l' depuis la paroi
supérieure l'b de
5 celui-ci et débouchant sous la grille 3' dans l'espace 13'. De cette façon,
l'air primaire circulant
dans le tube 130 se réchauffe au coeur du cylindre 1' et débouche dans
l'espace 13'
considérablement réchauffé, ce qui favorise la combustion.
On prévoit également au sein du cylindre 1', un arbre 8', de préférence
tubulaire, qui s'étend au
10 travers de la paroi supérieure du cylindre 1' dans le tube 130 vers la
tuyère de combustion 3. Cet
arbre 8' est entraînable en rotation de manière simultanée avec l'écluse
rotative 6, tandis que
son extrémité libre dans la partie inférieure du cylindre 1' porte la grille
3' qui, de ce fait, se
retrouve également entraînée en rotation à une vitesse identique à celle de
l'alimentation en
combustible 6 de sorte que le combustible est réparti de façon très régulière
sur celle-ci. L'arbre
15 8' s'étendant dans ledit tube 130, l'admission d'air étant ainsi par
ailleurs moins chaude..Cet
arbre 8' fait tourner la grille 3' qui est ainsi entraînable en rotation
Un moyen de raclage 9' ou racleur est quant à lui monté fixe en rotation dans
le cylindre l' de
sorte que la rotation de la grille 3' par rapport audit racleur 9' permet
l'étalement du
combustible de façon régulière dans la partie inférieure du cylindre 1' sur
ladite paroi de fond
3'.
Ce racleur 9' permet de niveler le combustible de sorte qué l'air qui passe au
travers de la paroi
de fond 3' traverse la même épaisseur de combustible afin que le feu soit
régulier sur toute la
surface du brûleur.
La grille 3' présente de préférence un diamètre correspondant sensiblement au
diamètre interne
du cylindre 1' tandis que l'espace 13' ménagé sous la grille 3' présenté un
diamètre plus grand.
De préférence, la grille 3' est abaissable dans ledit espace 13' libérant
ainsi la périphérie de la
grille 3'.
Lorsque la grille 3' est abaissée, le racleur 9' est également abaissé avec
une plus grande
amplitude de sorte que celui-ci vient en butée contre ladite grille 3', en
position de raclage de
celle-ci. L'entraînement en rotation de la grille 3' permet au racleur 9' fixe
en rotation mais
incliné par rapport à l'axe de rotation de la grille 3', de racler ladite
grille 3' qui tourne et
d'évacuer les résidus alors éliminés à la périphérie de la grille 3' et
tombant dans l'espace 13'.
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Le fond 23 de l'espace 13' est monté pivotant autour d'un axe 24 de sorte à
s'ouvrir lorsque
l'arbre 8' qui repose contre ledit fond 23 est abaissé pour abaisser la grille
3'. De cette façon, les
résidus tombant dans l'espace 13' sont évacués par gravité dans un tiroir à
cendre de la
chaudière ménagé sous ledit espace 13'.
Cet abaissement de l'arbre 8', de la grille 3' et du racleur 9' peut être mis
en oeuvre à l'aide
d'axes déportés. Cet arbre 8' comporte en effet, dans sa partie supérieure
extérieure au cylindre
l', un axe 21 s'étendant transversalement audit arbre 8'. Cet axe 21 est monté
pivotant à une
extrémité 21a, qui se trouve plus basse qu'un point de pivotement 21b de cet
axe 21 sur l'arbre
8' lui-même plus bas que l'extrémité opposée 21c de l'axe 21 montée à
l'extrémité de la tige
d'un vérin 22, de préférence pneumatique et raccordé au compresseur des moyens
d'admission
d'air comprimé. Le racleur 9' est, quant à lui, porté par un arbre 9a'
s'étendant parallèlement à
l'arbre 8' et dont l'extrémité est montée pivotante en 21d sur l'axe 21 au
voisinage de
l'extrémité 21c.
Lorsque le vérin 22 est actionné, la tige 22a dudit vérin 22 repousse l'axe 21
et donc abaisse
l'arbre 9a' qui porte le racleur 9' ainsi que l'arbre 8', le racleur 9' étant
abaissé avec une
amplitude plus grande du fait de la structure réalisée.
Des moyens d'admission d'air secondaire sous la forme d'un tube 11' raccordés
aux moyens
d'amenée d'air primaire 130 sont également prévus. Ce tube 11' débouche dans
la partie
supérieure du cylindre l' et assure la continuité de la flamme dans la partie
haute du brûleur, au
niveau de l'effet venturi V.
Sur le côté du brûleûr, une résistance électrique insérée dans une céramique
est logée dans un
tube 14' et assure l'allumage du combustible dans le bas du brûleur. Une
alimentation en air
plus faible qu'en régime de fonctionnement est prévue le temps de l'allumage.
De l'air est
propulsé autour de cette résistànce et provient d'un jet d'air comprimé
temporisé par une
électrovanne.
Une chaudière équipée d'un tel brûleur est représentée aux figures 6 et 7. Les
gaz à la sortie du
brûleur sont projetés depuis un tube de sortie 4' des gaz cintré (effet
cyclone) de manière à
tourner autour du brûleur afin que les particules se trouvent projetées sur la
face inteme 50a
d'une paroi 50 de la chaudière définissant avec une paroi extérieure 60 de
ladite chaudière un
compartiment E dans lequel s'écoule l'eâ.u se chauffant par échange thermique
avec les gaz (1"
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étage). Les gaz sont alors repris en partie basse, donc une fois qu'ils sont
moins chauds et sans
particules, par une sortie de gaz 40.
La chaudière comporte en outre un deuxième étage de réchauffement 30 de l'eau
de retour du
chauffage (flèches noires) avec les gaz refroidis du premiér étage.
Cette sortie de gaz 40, en forme de T, permet de prendre des gaz plus froids
dans la partie basse
du corps principal de la chaudière. La partie verticale 41 du T permet de
refroidir les gaz plus
froids avec de l'eau à plus basse température. Cette sortie de gaz 40 en forme
de T permet de
séparer d'éventuelles particules provenant de la combustion.
Un tampon de nettoyage permet d'évacuer les résidus et de canaliser la
condensation à basse
température. L'extrémité d'entrée 42 du tube de sortie 40 des gaz dans la
partie basse du corps
principal est coupée en biseau afin de ne pas entraîner de particules
descendantes dans le
conduit d'échappement 41. Un tube 31 permet de reprendre l'eau en partie haute
du deuxième
corps de chauffe et de l'injecter dans la partie basse du corps principal de
l'autre côté de la
cloison 50.
Aux figures 8 et 9 est représenté un brûleur 1" selon l'invention qui est
agencé pour pouvoir
être positionné sur la porte P d'une chaudière de type classique. Un tel
brûleur 1" est alimenté
en combustible à l'aide d'une écluse 6" munie d'une trémie 6a" positionné dans
la chaudière et
par un tube 5" relié incliné au brûleur 1" au travers de la porte P. Un
déflecteur 5a" positionné
à l'extrémité du tube 5" permet une répartition sur la plaque de fond 3" du
brûleur 1".
Le tube 14" renfermant la résistance d'allumage est ménagé à l'horizontal,
tandis que les
môyens d'admission d'air primaire 13" sont constitués d'un espace sous la
plaque de fond 3",
muni d'un fond 23".
Les moyens d'amenée d'air primàire 130" sont constitués d'une chambre ménagée
entre la
porte de la chaudière et le brûleur 1" de sorte que cet air se réchauffe avant
d'entrée dans les
moyens d'admission 13". Des. moyens d'admission d'air secondaire sous la forme
d'un tube
11" raccordés aux moyens d'amenée d'âir primaire 130", sont également prévus.
Ce tube 11
débouche dans le cylindre 1" et assure la continuité de la flamme dans la
partie haute du
brûleur, au niveau de l'effet venturi V généré par des moyens de distribution
d'air comprimé 2"
positionnés dans la partie haute du brûleur au niveau du tube de sortie des
gaz 4".
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Bien entendu l'invention n'est pas limitée 'aux exemples de réalisàtion
données mais englobe
également toutes les variantes entrant dans le champ de protection défini par
les revendications.
