BRULEUR A CEREALES

La présente invention se rapporte à un brûleur à céréales ou tout autre combustible solide fractionné, destiné à fonctionner en association avec une chaudière de chauffage central domestique. Les combustibles solides tels que bois déchiqueté, granulés de bois, granulés de paille, céréales, sont généralement brûlés dans des chaudières conçues spécialement à cet effet, suivant la technique de combustion sur grille. Ce procédé a l'inconvénient de produire un amas de cendres et de mâchefers qui finissent par obstruer la grille de la chaudière et nécessitent donc des moyens mécaniques complexes, donc fragiles et coûteux, pour leur élimination. Les mâchefers sont les sous-produits de certains éléments, tels la silice, contenus dans les combustibles végétaux. Ils se forment à haute température par fusion de cette silice et donnent un produit pâteux, semblable à du verre en fusion.

Certaines chaudières sont conçues pour ne pas produire de mâchefer siliceux car la température de combustion au niveau de la grille est maintenue très en dessous de la température de fusion de la silice. Mais de telles chaudières à basse température ont un mauvais rendement. Elles produisent des quantités importantes de matières solides ou gazeuses imbrûlées, ce qui nécessite un nettoyage fréquent du foyer et entraîne une pollution atmosphérique importante. Pour remédier à ces inconvénients, diverses inventions proposent des avant- foyers extérieurs à la chaudière dans lesquels on produit la combustion à haute température, les gaz chauds étant envoyés dans la chaudière. Les solutions proposées par divers auteurs ont souvent un rendement acceptable mais produisent malgré tout des mâchefers et des cendres qu'il faudra dégager de l'avant-foyer si l'on veut maintenir durablement de tels rendements .

De plus, ces avant-foyers nécessitent des chaudières spécialement adaptées car les dimensions de sortie de flamme de ces brûleurs ne sont pas compatibles avec le parc de chaudières existant. Enfin, ils ne sont pas mobiles et donc difficiles à déplacer hors de la chaudière.

La demande WO 02068865 propose un brûleur adapté à des combustibles végétaux comportant un foyer alimenté par une vis d'Archimède, ainsi que des moyens pour insuffler de l'air dont le flux est dévié par un bouclier thermique entourant la partie principale du foyer. Le brevet US 6.155.182 décrit un brûleur à déchets dont le foyer est alimenté à partir d'un silo par l'intermédiaire d'une vis d'Archimède.

La plupart des chaudières domestiques installées sont constituées d'un corps de chauffe servant d'échangeur flamme/eau. La flamme est produite généralement par des brûleurs à fioul domestique.

La majorité des brûleurs à fioul a un faible diamètre de sortie (généralement 100 mm) et les brûleurs à combustibles solides ont des dimensions de sortie beaucoup plus importantes qui ne permettent pas une adaptation immédiate aux chaudières du marché, prévues pour des brûleurs à fioul domestique.

La présente invention se propose de remplacer le brûleur à fioul domestique classique par un brûleur à céréales, ou autre combustible solide fragmenté, évitant les inconvénients décrits plus haut.

La présente invention a donc pour objet un brûleur à céréales, capable de s'adapter facilement à une chaudière de chauffage central, procurant un bon rendement thermique et une grande simplicité d'utilisation. L'invention a encore pour objet un brûleur à céréales utilisable en remplacement d'un brûleur à fioul d'une chaudière de chauffage central classique, produisant un minimum de cendres et de gaz brûlés.

Ainsi, le dispositif selon l'invention comporte un brûleur muni d'une buse de sortie de diamètre 100 mm environ,

pouvant se raccorder sur la majorité des chaudières à fioul, sans transformation notable de celles-ci et évitant les inconvénients dus notamment au mâchefer produit par ce type de combustible . Le brûleur à céréales de l'invention, adapté à une chaudière de chauffage, comprend un foyer comportant une partie tronconique raccordée à une sortie vers la chaudière, alimenté en combustible par une vis d ' Archimède et placé dans une enceinte munie d'un ventilateur, et il se distingue en ce que la paroi du foyer est percée d'orifices d'entrée d'air dans sa partie centrale et dans sa partie tronconique de sortie, l'enceinte comportant des moyens pour réguler le flux d'air vers l'une et/ou l'autre de ces parties.

Suivant une forme préférentielle de réalisation de l'invention, l'enceinte entourant le foyer, dans laquelle l'air peut circuler avant de pénétrer dans le foyer, est partagée par une cloison délimitant deux zones dont l'une entoure la partie tronconique de sortie du foyer, et comporte des moyens pour réduire ou empêcher la circulation de l'air dans l'une et/ou l'autre des zones.

Suivant l'invention, l'entrée de chacune des zones séparée par la cloison est commandée par une vanne permettant de contrôler le débit d'air indépendamment dans chaque zone. Les vannes et les dimensions de l'entrée de l'enceinte en aval du ventilateur sont réglées de telle sorte que le rapport du débit d'air vers la partie tronconique au débit d'air vers l'autre partie soit compris de préférence entre environ 1:2 et 1:4, ces valeurs n'étant pas limitatives et pouvant être adaptées en fonction des conditions d'utilisation. En agissant sur ces vannes et le ventilateur, en les couplant à la vitesse de la vis d'alimentation en céréales, on peut adapter le fonctionnement du brûleur de manière à optimiser son rendement thermique .

La partie conique de la zone tronconique de sortie est inclinée d'environ 45° par rapport à l'axe du foyer, et, de

préférence, les orifices pratiqués dans cette paroi sont répartis sur toute la face conique de la zone. Suivant une forme préférentielle, ces orifices sont disposés de telle sorte que le flux d'air frais provenant du ventilateur soit orienté sensiblement perpendiculairement à la paroi conique.

Conformément à une caractéristique de l'invention, le brûleur comporte un cendrier disposé immédiatement en amont de la partie tronconique de sortie.

Les moteurs de la vis d'Archimède alimentant le foyer en céréales et du ventilateur insufflant de l'air sont commandés par le thermostat de la chaudière.

Ainsi, le brûleur suivant la présente invention est un brûleur à céréales telles que blé, orge, avoine, triticale, colza et autres grains, ou autres combustibles solides fractionnés, et il comprend une enceinte cylindrique, de préférence tubulaire, dans laquelle s'opère la combustion. Cette enceinte cylindrique en métal résistant à de hautes températures sans corrosion ni déformation, tel que l'acier inoxydable réfractaire, reçoit à son arrière, dans sa partie basse, le combustible poussé par une vis d'Archimède hélicoïdale logée dans un tube cylindrique. Le débit de céréales combustibles peut être réglable par un système de variation de vitesse du moteur de la vis, ou de fonctionnement intermittent de la vis, et il est lié à la puissance de flamme demandée par l'installation. L'allumage initial du brûleur se fait manuellement en début de saison de chauffe par la porte arrière. Un oeilleton permet de contrôler l'intérieur du foyer. Une partie du foyer est percée dans sa partie basse d'orifices par lesquels est injecté l'air comburant comprimé par un ventilateur. Une partie de l'air du ventilateur traverse une vanne de réglage de débit avant de contourner le foyer et de pénétrer par les orifices. Le contournement de l'air froid dans la zone entre le foyer et l'enceinte extérieure permet de refroidir le foyer à l'endroit où il est le plus chaud et de refroidir ainsi le métal du foyer pour le

protéger contre une corrosion ou une déformation excessive. Dans cette partie la plus chaude du foyer, la température peut monter jusqu'à environ 700 ⁰ C.

Les gaz chauds sont poussés vers la sortie après avoir été comprimés dans une partie conique comportant des orifices. L'espace entre le foyer et l'enceinte extérieure est séparé en deux parties au moyen d'une paroi ou cloison en forme de couronne ou d'anneau. Une partie de l'air du ventilateur est donc dirigée vers les orifices du foyer cependant qu'une autre partie traverse une autre vanne de réglage de débit, entre dans le volume entourant la partie conique et passe par les orifices percés dans la partie conique de l'avant foyer. Cet air permet de compléter la combustion des gaz issus de la combustion primaire à l'arrière du foyer. De plus, le passage de cet air froid dans la chambre refroidit l'avant du foyer où sont concentrés les flammes et gaz les plus chauds et protège ainsi le métal contre la corrosion et les déformations.

Un exemple de réalisation de brûleur à céréales suivant l'invention est représenté en coupe longitudinale sur la Figure 1 ci-jointe.

Sur cette Figure, le brûleur (1) comprend un foyer (11), alimenté en céréales par la vis d'Archimède (2) tournant sous l'action du moteur (3). Le foyer (11) est placé dans l'enceinte (13) connectée à un ventilateur (4) muni d'une entrée d'air (41). L'air provenant du ventilateur (4) est amené dans les zones (12) et (15) de l'enceinte (13) séparées par la cloison (14), en passant par les vannes (115) et (119) réglables pour contrôler le débit d'air. L'air insufflé dans la zone (12) pénètre dans le foyer par les orifices (114) pour alimenter la combustion des céréales, tandis que l'air dans la zone (15) peut pénétrer dans le foyer, en avant de la sortie comprenant la buse d'évacuation (116), par les orifices (118) pratiqués dans la partie conique (117) .

Les céréales poussées par la vis d'Archimède (2) arrivent dans le foyer (11) dans une zone où la température est très

élevée. Certaines céréales produisent du mâchefer au cours de leur combustion, spécialement à haute température. Ce mâchefer est poussé vers l'avant du foyer par les céréales qui arrivent de l'arrière. La vis d'Archimède en poussant les céréales dans le foyer (11) pousse en même temps les matières en combustion au-dessus des orifices (114) ainsi que les mâchefers et cendres produites. Ces cendres et mâchefers poussés vers l'avant tombent dans un large orifice (119) communiquant avec un cendrier (5). Ce cendrier est muni d'une porte étanche (51) qui permet de retirer périodiquement les cendres (52). Si certains mâchefers se forment en morceaux de dimensions plus importantes que l'orifice (119), ils ne peuvent pas passer au travers de celui-ci. Mais lorsqu'ils arrivent sur la partie conique (117) qui forme un obstacle, ils se fragmentent en petits morceaux et retombent dans l'orifice (119). L'air froid arrivant par les trous (118) favorise la fragmentation de ces mâchefers par le choc thermique produit par cet air froid sur les plaques de mâchefer en incandescence. De plus, les trous

(118) étant perpendiculaires à la surface du cône (117) l'air est dirigé vers l'arrière du brûleur repoussant vers l'orifice

(119) les éléments de mâchefer fractionné.

Le brûleur raccordé à la chaudière par sa buse d'évacuation (116) de diamètre 100 mm environ, fonctionne à deux régimes différents : - En fonctionnement normal la puissance du brûleur correspond à la puissance nominale de la chaudière. Dans un système de chauffage central, l'eau traversant la chaudière est portée à haute température et traverse les radiateurs de l'installation où elle se refroidit en réchauffant l'air ambiant de l'habitation. Lorsque la température d'eau de la chaudière atteint un seuil maximum affiché sur le thermostat, celui-ci bascule et met le brûleur en veilleuse.

En fonctionnement en veilleuse, un dispositif électrique assure la marche au ralenti de la vis et du ventilateur. La quantité de céréales introduite dans le foyer

(11) par la vis (2) est alors tout juste nécessaire au maintien d'un feu de très faible puissance qui permettra la relance du brûleur à pleine puissance lorsque la chaudière sera à nouveau sollicitée. En période de veilleuse, le ventilateur (4) fonctionne au ralenti, à une pression tout juste suffisante pour empêcher les remontées de fumée dans le ventilateur (4) par l'orifice d'entrée d'air (41).

Pour éviter les remontées de feu vers le silo à grains (6) au travers de la vis d'Archimède (2) il est prévu un quadruple dispositif :

Tout d'abord, le diamètre extérieur de la vis d'Archimède (2) est égal au diamètre du tube enveloppe (21) diminué d'un très faible jeu, laissant peu d'espace pour le passage du feu entre la vis et le tube. - De plus, la vis est de grande longueur offrant une difficulté supplémentaire au feu qui aurait un parcours très long à parcourir pour atteindre le silo (6). Dans une installation usuelle, la longueur totale de la vis peut être de l'ordre de 1 à 1,5 m. - Par ailleurs, le pas de la vis hélicoïdale est très faible. Pour amener le grain au foyer du brûleur, la vis doit faire un nombre de tours important. De même, pour remonter vers le silo (6), le feu a un parcours très long à effectuer, diminuant le risque d'incendie. Ainsi, dans le cas de céréales ordinaires en grains, le pas de la vis peut être compris par exemple entre 40 et 60 mm.

Enfin, pour empêcher la progression de feu vers le silo (2), il faut empêcher l'air et les fumées de progresser vers la vis (2) à partir de l'ouverture (111) . Dans ce but, un couvercle étanche (62) est prévu au dessus du silo à grains (6). L'intérieur du silo restant sous pression par rapport à l'intérieur du foyer, les fumées et donc le feu ne peuvent progresser entre le foyer et le silo.

L'installation est monobloc : le silo (6), la vis (2), son tube enveloppe (21) et le moteur (3), le foyer (11), la

double enveloppe (13) , le ventilateur (4) et le cendrier (5) sont assemblés d'un seul bloc. De plus, l'ensemble est monté sur des roues de façon à le rendre mobile. L'ensemble peut ainsi être aisément déconnecté de la chaudière (8) et déplacé de façon à pouvoir intervenir sur cette dernière pour un éventuel nettoyage.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui suit, en référence au dessin annexé. Le brûleur à céréales représenté comprend une enceinte tubulaire (11) offrant la forme d'un cylindre de révolution. La combustion se produit à l'intérieur de ce cylindre. Ce cylindre est fermé à l'arrière par une paroi (112) percée de deux ouvertures : une ouverture (lia) destinée à l'allumage initial du foyer. Elle reçoit une porte de fermeture étanche munie d'un oeilleton de contrôle de flamme (113). une ouverture (111) par laquelle le combustible est introduit dans le foyer, poussé par une vis d'Archimède (2) dont le tube enveloppe (21) est fixé solidairement à la paroi (Hb) .

A l'opposé de cette paroi (Hb), le cylindre (11) se réduit en forme de cône de révolution (117) . Ce cône réduit le diamètre de sortie prévu dans le bas du cylindre (11) . La zone (15) alimente en air les orifices (118) prévus dans le cône (117). Un volume (5) de stockage de cendres et mâchefers est relié à l'ouverture (119) du cylindre (11). Un ou plusieurs côtés de ce volume peuvent être ouverts et obturés par une porte (51) destinée à l'enlèvement périodique des cendres.

Le foyer (11) traverse les parois arrières (131) et avant (132) de l'enceinte (13), l'ouverture (133) dans la paroi (132) étant ajustée à la buse d'évacuation (116) du foyer. L'enceinte (13) comporte encore deux ouvertures (134) et (135) adaptées à la fixation du cendrier (5) et du ventilateur (4) respectivement.

Un silo (6) de dimensions variables et comportant à sa base un fond de forme pyramidale inversée contient les céréales ou autres combustibles solides granuleux (61) . Un couvercle (62) obture de manière étanche à l'air la partie supérieure de ce silo. La mise sous pression de ce dernier empêchant la remontée de feu depuis le foyer via la vis d'Archimède. Le dessous du silo (63) est en liaison avec la vis d'Archimède (2) entraînée en rotation par le moteur (3). La vis d'Archimède (2) est logée dans un tube cylindrique (21) dont le diamètre intérieur est égal au diamètre extérieur de la vis d'Archimède moins un jeu très faible. Le pas de la vis est très serré et la longueur de la vis est assez importante pour limiter le risque de remontée de feu, depuis le foyer

(11) vers le silo (6) . Toutes les parties du brûleur, y compris le cendrier (5), le ventilateur (4), le silo (6), la vis d'Archimède (2), son tube enveloppe (21) et le moteur (3) sont reliées entre elles de manière solidaire et rigide. L'ensemble est équipé de roues (7) pour permettre un déplacement aisé du brûleur vers l'avant ou l'arrière et de dégager la chaudière pour un éventuel nettoyage .

L'appareil objet de l'invention peut recevoir tout combustible solide fractionné, tels que graines de céréales, bois déchiqueté, granulés de végétaux, ou déchets divers. L'appareil objet de l'invention peut être construit avec des matériaux réfractaires divers, tels que certains aciers inoxydables, mais également d'autres matériaux tels que la fonte réfractaire, certaines céramiques et d'une manière générale, tous matériaux réfractaires pouvant se prêter à une mise en forme suivant l'invention décrite. L'appareil objet de l'invention est destiné en premier lieu à s'adapter sur des chaudières de moyenne puissance, telles que les installations de chauffage domestique, mais également, en changeant les dimensions, il est possible de l'adapter à des besoins plus importants pour usages collectifs ou industriels.