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WO 2010/076417 PCT/FR2009/001431
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Boîte à fumées pour un appareil de chauffage
domestique à combustible solide.
La présente invention se situe dans le
domaine des appareils domestiques de chauffage à
combustion.
Plus particulièrement, elle concerne une
boîte à fumées à fonction d'épurateur des gaz et
fumées de combustion et d'échangeur de chaleur pour
des appareils de chauffage à combustibles solides
notamment à bois.
Les combustibles solides notamment le bois
sont connus pour dégager des gaz polluants, et des
particules et des micropoussières, ces différents
composés se retrouvant dans les fumées.
Pour apporter une solution de réduction à
ces rejets on a imaginé différents moyens depuis les
filtres à poussières avec ou sans effet
électrostatique, les pièges à poussières dont l'action
est purement mécanique, les cyclones à effet
centrifuge, jusqu'aux catalyseurs d'oxydation
permettant, en raison de leur température élevée de
fonctionnement, de calciner ces particules et
poussières.
Si les catalyseurs apportent un résultat
intéressant dans leur gamme de fonctionnement, ils
nécessitent une température élevée pour fonctionner
correctement.
Or, pendant les phases de démarrage et
d'extinction du feu ou encore à allure réduite, la
température nécessaire à la catalyse peut ne pas être
atteinte si bien que la réaction catalytique ne peut
s'effectuer correctement.
Par ailleurs, le corps du catalyseur étant
classiquement placé à la sortie des fumées du foyer
dans la naissance du conduit de raccordement ou au-
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delà, la température des gaz et fumées de combustion
se trouve dans certaines phases et notamment les
phases intermédiaires, être insuffisante pour
déclencher et entretenir la réaction de catalyse.
La présente invention a pour triple but
d'abord d'assurer un fonctionnement de plus longue
durée du catalyseur, du moins le plus longtemps
possible même quand le feu est à allure réduite ou
quand il vient de démarrer, ou est en train de
s'éteindre, ensuite de présenter un bon rendement
d'épuration et enfin de rendre les opérations de
nettoyage et de ramonage les plus rapides et aisées
possibles.
A cet effet, l'invention se rapporte à une
boîte à fumées assurant simultanément les fonctions
d'épurateur et d'échangeur de chaleur dans laquelle se
trouve placée une paroi de séparation comportant
décentré par rapport à l'entrée et à la sortie de la
boîte à fumées le corps d'un catalyseur à face
intérieure pouvant être chauffée, la partie vers
l'avant de la paroi de séparation étant occupée par
une plaque amovible d'accès au compartiment supérieur
et à la naissance du conduit de raccordement à
l'évacuation, la boîte à fumées étant pourvue d'un
déflecteur inférieur de ralentissement des fumées et
d'un déflecteur supérieur proche de la sortie, le
corps de la boîte à fumées comportant des dissipateurs
sous la forme par exemple d'ailettes, pour transmettre
la chaleur à l'air se trouvant entre les parois
métalliques de la boîte à fumée et celles de la double
enveloppe du corps de l'appareil de chauffage.
Les conformations et configurations ci-
dessus procurent de nombreux avantages venant
s'ajouter au haut rendement d'épuration par la
calcination des poussières, à l'oxydation des gaz
imbrûlés et à la récupération de la chaleur
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additionnelle apportée par le fonctionnement du
catalyseur.
Parmi ceux-ci, on peut citer
= facilité de ramonage et de nettoyage,
. accès aisé au catalyseur pour son remplacement,
= fonctionnement quasi permanent du catalyseur,
. caractère décentré du catalyseur par rapport à la
sortie de la boîte à fumées,
= présence de déflecteurs améliorant le rendement et
la propreté du catalyseur.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaîtront dans la description qui suit,
donnée à titre d'exemple et accompagnée des dessins
dans lesquels :
. la figure 1 est une vue schématique en coupe
transversale d'un foyer surmonté de la boîte à
fumées selon l'invention,
= la figure 2 est une vue schématique en coupe
longitudinale d'un foyer surmonté de la boîte à
fumées selon l'invention, coupe à travers le bloc
catalyseur,
. la figure 3 est une vue en perspective du bloc
catalyseur dans son ensemble,
= la figure 4 est une vue à grande échelle de la
partie encerclée de la figure 3 montrant la
structure interne du bloc catalyseur.
La présente invention concerne une boîte à
fumées 1 montée au-dessus du foyer 2 d'un appareil de
chauffage 3 notamment, mais non exclusivement, à bois
4 et à porte vitrée avant 5. Cet appareil de chauffage
comporte de préférence, mais non exclusivement, une
enveloppe externe 6 de récupération de l'air chauffé
en face des parois latérales du foyer et celles de la
boîte à fumées. Cette enveloppe délimite avec lesdites
parois latérales un volume mince de convection 7 le
long duquel l'air, admis en partie inférieure, est
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réchauffé pour sortir en partie supérieure par des
bouches ou être distribué au-delà du foyer par des
gaines aérauliques. Ces bouches et gaines ne sont pas
représentées.
La boîte à fumées 1 débouche vers le haut
par une sortie supérieure 8 sous la forme d'un orifice
de sortie sur un conduit de sortie 9 appelé
classiquement conduit de raccordement pour
l'évacuation des gaz et fumées de combustion.
La boîte à fumées 1 est un volume quasi
fermé à entrée inférieure 10 pour le passage des gaz
et fumées de combustion en provenance du foyer et à
sortie supérieure 8. Ces gaz et fumées de combustion
sortent de la boîte à fumées après passage dans un
catalyseur. Cette dernière se compose de deux
compartiments successifs juxtaposés, séparés par une
paroi contenant le catalyseur par lequel passent les
gaz et fumées de combustion lors du fonctionnement
permanent en chauffage de l'appareil de chauffage à
bois. La boîte à fumées comporte une paroi inférieure
11, légèrement inclinée montante vers son entrée
inférieure 10 sur la majeur partie de sa largeur.
Cette paroi inférieure 11 se termine en deça de la
paroi latérale avant 12 de la boîte à fumées pour
laisser un espace longitudinal libre qui forme une
ouverture longitudinale d'entrée 13 constituant
l'entrée inférieure 10 par laquelle les gaz et fumées
de combustion sortant du foyer sont admis dans la
boîte à fumées. Cette ouverture longitudinale d'entrée
13 constituant le passage d'entrée dans la boîte à
fumées, est située en partie inférieure, mais à
l'avant de la boîte à fumées, c'est-à-dire déportée
par rapport au centre de son volume intérieur vers
l'avant de l'appareil de chauffage.
Dans l'exemple représenté, cette ouverture
longitudinale d'entrée 13 s'étend le long de la paroi
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latérale avant 12 de la boîte à fumées.
La paroi inférieure 11 de la boîte à fumées
tient lieu de paroi supérieure du foyer. L'inclinaison
montante vers l'ouverture 13 de cette paroi inférieure
5 il et la position déportée de l'ouverture
longitudinale d'entrée 13 ont pour but de ralentir les
fumées, d'en augmenter le trajet, de favoriser les
échanges thermiques et de protéger le catalyseur des
flammes du foyer.
La boîte à fumées comporte des parois
latérales 14 par exemple pourvues de dissipateurs
thermiques extérieurs par exemple sous la forme
d'ailettes 15.
Comme indiqué, la boîte à fumées 1 est
composé de deux compartiments, un compartiment
inférieur dont la partie inférieure est fermée par la
paroi inférieure inclinée 11 et un compartiment
supérieur débouchant par la sortie supérieure 8 dans
le conduit de sortie 9.
La boîte à fumées est divisée en deux
compartiments par une cloison de séparation 16 dans
laquelle est inséré un bloc catalyseur 17. Il s'agit
d'un compartiment inférieur de détente 18 et d'un
compartiment supérieur d'évacuation 19.
L'emplacement du bloc catalyseur 17 est
déporté vers la paroi arrière 20 de la boîte à fumées
pour se trouver à proximité de celle-ci de manière à
allonger le trajet des gaz et fumées de combustion et
à décentrer le catalyseur 17 de la zone immédiatement
en-dessous de l'orifice de sortie 8.
A cet effet, la cloison de séparation 16
présente deux parties : une partie avant 21 à accès
libérable et une partie arrière 22 recevant le
catalyseur.
Au moins la partie arrière 22 est réalisée,
métallique, épaisse et massique par exemple en fonte
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de manière à bénéficier d'une inertie thermique
importante permettant de maintenir plus longtemps le
corps du catalyseur 17 à sa température de
fonctionnement. Le maintien s'effectue par exemple,
par une ouverture garnie ou non d'un cadre qui reçoit
le bloc catalyseur 17 monté amovible dans cette
ouverture ou ce cadre, de manière à pouvoir l'extraire
facilement en vue de son nettoyage et si nécessaire de
son remplacement.
La partie avant 21 de la cloison de
séparation 16 de préférence métallique, est constituée
de manière à recevoir de façon amovible au moins un,
mais de préférence deux blocs épais et thermiquement
isolants tels que 23, permettant par une forte
isolation thermique de conserver une température
élevée dans le compartiment inférieur 18 de la boîte à
fumées et aussi de manière à permettre de libérer un
passage d'accès en vue du ramonage et de l'entretien.
Ce ou ces blocs amovible(s) forme(nt) une trappe
d'accès facilement ouvrable et obturable en vue du
nettoyage de la boîte à fumées. Comme indiqué, la
partie arrière recevant le bloc catalyseur 17 est
métallique par exemple en fonte, formant un bloc
accumulateur de chaleur, permettant un maintien
supplémentaire en température du bloc catalyseur 17 en
vue d'allonger sa durée de fonctionnement lors du
chauffage et ainsi d'obtenir des durées rallongées
d'épuration des gaz et fumées de combustion.
Afin de ralentir encore les fumées et en
plus du déport du catalyseur vers et près de la paroi
arrière 20, le bloc catalyseur 17 est également
décentré par rapport à la sortie 8 de la boîte à
fumées.
L'effet est encore amélioré par un
déflecteur 24 sous la forme d'une tôle inclinée
faisant saillie de la sortie 8 de la boîte à fumées.
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Ce déflecteur 24 est incliné vers le bas et dirigé
vers la paroi avant 12 de la boîte à fumées. Il forme
une chicane entre la face supérieure du bloc
catalyseur et la sortie 8.
A titre de fonction annexe, il dévie les
suies et dépôts pouvant chuter du conduit de sortie 9,
lors du fonctionnement de l'appareil de chauffage et
lors du ramonage.
La partie avant de la cloison de séparation
16 porte le ou les deux blocs isolants amovibles tels
que 23 qui obturent l'ouverture d'accès au
compartiment supérieur de manière à faciliter les
travaux de nettoyage et de remplacement de pièces,
notamment du bloc catalyseur 17.
Le bloc catalyseur 17 peut affecter
différentes formes de section: circulaire,
rectangulaire, carrée. On préfère dans le cadre de la
présente invention un bloc parallélépipédique tel que
celui représenté sur la figure 3. Il s'agit d'un
catalyseur du type métallique à canaux multiples 25
formés par la succession de parois longitudinales
parallèles 26 et 27, l'ensemble étant délimité par un
cadre 28.
Les parois parallèles métalliques 26 et 27
réalisées en tôle fine sont reliées entre elles par
une structure de liaison 29 conformée en ondes par
exemple en tôle ondulée 30 dont chacun des sommets en
arêtes telles que 31 des ondes est solidarisé
successivement à l'une puis à l'autre paroi parallèles
26 et 27 délimitant ainsi les canaux parallèles 25
juxtaposés à forme de section sinusoïdale et à base
plane. Le long des parois latérales de chacun de ces
canaux 25 est déposée une matière catalytique
engendrant une réaction de catalyse avec les gaz
imbrûlés de la combustion dans le foyer. Là se produit
une véritable postcombustion élevant la température du
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corps du catalyseur permettant l'oxydation des résidus
gazeux de combustion incomplète pouvant même aller
jusqu'à la calcination ou l'incinération des
particules solides et micropoussières contenues dans
les fumées.
Pour augmenter encore la durée de
fonctionnement du catalyseur et donc l'épuration des
fumées, notamment dans les phases intermédiaires de
démarrage et d'extinction du feu et de faible allure,
on prévoit en plus d'élever la température de l'espace
voisin de l'entrée du catalyseur par une ou plusieurs
résistances électriques telles que 32 du type de
celles utilisées comme allumeurs dans les chaudières à
gaz. Il s'agit de résistances au carbure de silicium
capables de porter quasi immédiatement la température
de l'espace l'entourant à des valeurs élevées entre
1000 C et 1500 C.
Cette ou ces résistance(s) 32 sont portées
par un support 33 et placée(s) à proximité de la face
d'entrée 34 du catalyseur 17. On en disposera autant
que nécessaire pour obtenir à chaque fois, le surcroît
de température suffisant à l'initialisation ou à la
poursuite de la réaction de catalyse même au démarrage
du feu, lors de son extinction ou en allure réduite.
Cette élévation momentanée, mais quasi
instantanée et importante de la température permet le
démarrage quasi immédiat du catalyseur dès la
naissance du feu, c'est-à-dire la production de
fumées.
La boîte à fumées selon l'invention peut
comporter à l'avant, comme sur l'exemple représenté,
un bloc ou compartiment ou caisson frontal 35
décoratif ou accumulateur de chaleur. Dans ce dernier
cas, le fonctionnement du catalyseur est encore
amélioré.
