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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2522781A1
Family ID 8141753
Probable Assignee Meca Et Const
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title ENSEMBLE DE COMBUSTION, D'ALIMENTATION ET DE REGULATION POUR
CHAUDIERE A COMBUSTIBLE EN VRAC SOLIDE ET HOMOGENE
EN Title SOLID FUEL BOILER CONTROL - HAS OPEN TOP HEARTH WITH BOTTOM
FEED TUBE CONTROLLED BY LEVEL DETECTOR
Abstract
_________________________________________________________________
COMBUSTION DE COMBUSTIBLES EN VRAC.
L'ENSEMBLE DE COMBUSTION COMPREND:-UN FOYER 19 A DESSUS OUVERT
COMMUNIQUANT AVEC SON FOND 22 AVEC UN TUBE D'ALIMENTATION 21;-AU MOINS
UNE TUBULURE 22 D'INJECTION D'AIR PRIMAIRE PRODUIT PAR UN VENTILATEUR
36;-DES OUVERTURES 28 DE PASSAGE D'AIR SECONDAIRE ET UN DETECTEUR 37
DE NIVEAU DE REMPLISSAGE EN COMBUSTIBLES.
APPLICATION AUX CHAUDIERES DE CHAUFFAGE CENTRAL.
The combustion, feed and control system is for a boiler burning solid
and homogeneous fuel in bulk. It incorporates a combustion hearth (19)
mounted inside the boiler (1) and with an open top (25), while the
bottom (21) is formed by a feed tube (22) connected to it. A tube (32)
injecting primary air into the hearth is supplied by a fan (36)
outside the boiler and operating under the control of a temperature
detector. Secondary air openings are formed in the hearth below the
open top, while a detector for the level to which the hearth is filled
with fuel controls operation of the feed tube.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne les moyens mis en oeuvre dans les
chaualeres pour assurer la combustion, l'alimentation et la regulation
de combustion d'un combustible en vrac, solide et homogene.
Par combustible solide en vrac et homogene, il faut comprendre ceux
constitues par des fragments naturels de faible granulometrie,
notamment de charbon ou encore des fragments reconstitues a partir de
combustibles de tupe pulverulent, tels que les granules obtenus par
compression, compactage ou extrusion de sciure de bois avec ou sans
presence d'un liant.
L'invention vise, plus particulierement, un ensemble de combustion
pour une chaudiere de chauffage d'un vehicule caloporteur liquide, tel
que de l'water ou de l'huile, destine a chauffer des locaux par
l'intermediaire de radiateurs a circulation permanente entretenue ou
intermittente.
Dans le domaine d'application ci-dessus, ilest connu de faire
fonctionner des chaudieres avec des foyers de combustion dans lesquels
sont places des fragments de charbon, de granulometrie homogene, ou
encore des granules, tels que ceux a base de sciure.
De tels foyers peuvent recevoir periodiquement une charge de
combustible solide, homogeneoen vrac ou, au contraire, etre alimentes
de facon intermittente par un dispositif automatique prelevant du
combustible a partir d'une tremie de stockage.
Le premier mode d'alimentation ne permet pas d'obtenir un
fonctionnement souple et regulier et represente une sujetion
importante pour le personnel charge de conduire le fonctionnement
d'une telle chaudiere.
Le second procede d'alimentation permet de supprimer les inconvenients
ci-dessus et devrait, en consequence, donner satisfaction.
Cependant, on constate que l'allure de marche d'une chaudiere est
determinee en moyenne par la frequence d'alimentation intermittente et
la charge de combustible delivree pour chaque phase d'alimentation
successive. En consequence, il en resulte un fonctionnement/ certes
relativement regulier, mais qui ne peut s'adapter aux variations de la
demande correspondant, par exemple, a la mise en service instantanee
d'un certain nombre de radiateurs supple mentaires ou a une variation
brutale de temperature exterieure.
De toute facon, on concoit egalement que, si une regulation de cette
alimentation existait, il n'en resulterait pas pour autant une
adaptation rapide de l'allure de marche de la chaudiere en fonction de
la demande, etant donne le delai s'ecoulant necessairement entre
l'arrivee d'une charge supplementaire d'un tel combustible et son etat
de combustion apte a modifier l'allure de marche de la chaudiere.
La presente invention vise a remedier aux inconvenients ci-dessus en
proposant un nouvel ensemble de combustion, d'alimentation et de
regulation permettant d'adapter, de facon rapide et efficace, l'allure
de marche d'tne chaudiere et, par consequent, les calories qu'elle
fournit En fonction de la demande a partir d'un combustible en vrac,
solide et homogene.
Un objet de l'invention est de proposer un ensemble de combustion,
d'alimentation et de regulation se presentant soufi la forme d'un
dispositif unitaire pouvant etre adapte rapidement a toute chaudiere
existante, sans necessiter de modification de sa structure, ni de
celle de la chaudiere.
Un autre objet de l'invention est de proposer un nouvel ensemble de
combustion, d'alimentation et de regulation de conception
particulierement simple et robuste et pouvant etre produit a un prix
de revient interessant.
Un autre objet de l'invention est de proposer un nouvel ensemble de
combustion, d'alimentation et de regulation, qui puisse etre adapte a
la puissance d'une chaudiere donnee par simple adaptation de ses
caracteristiques constructives.
Pour atteindre les buts ci-dessus, l'ensemble de com bastion,
d'alimentation et de regulation pour chaudiere a combustible en vrac,
solide et homogene, est caracterise en ce qu'il comprend
- un foyer de combustion destine a etre place a l'inte rieur d'une
chaudiere, possedant un dessus ouvert et dont le fond est constitue
par un tube d'alimentation avec lequel il communique,
- au moins une tubulure d'injection dans ledit foyer d'un air primaire
d'activation produit par un venti lateur dispose a l'exterieur de la
chaudiere et dont le fonctionnement est place sous la dependance.d'une
sonde de temperature*
- des ouvertures de passade d'air secondaire menagees dans le foyer en
dessous du dessus ouvert,
- un detecteur de niveau de remplissage en combustible du foyer
commandant le fonctionnement du tube d'ali mentation.
Diverses autres caracteristiques ressortent de la description
ci-dessous faite en reference aux dessins annexes qui montrent une
forme de realisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe-elevation schematique d'une chaudiere equipee
d'un ensemble conforme a l'invention.
La fig. 2 est une coupe transversale prise, a plus grande echelle,
selon la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en plan prise, a plus grande echelle, selon la
ligne III-III de la fig. 1.
La fig. 1 montre une chaudiere 1 comprenant une enveloppe exterieure
2, allongee, d'axe general horizontal, fermee a ses deux extremites
par deux parois 3 et 4. La paroi 3 supporte une boite a suie 5
comportant un manchon superieur 6 de raccordement avec un conduit 7 de
cheminee.
L'enveloppe 2 contient, interieurement, une chemise 8, par exemple de
type cylindrique, comportant un fond 9 et une extremite ouverte 10
traversant la paroi 4 de l'enveloppe 2. L'extremite ouverte 10 peut
etre fermee par une porte 11, de tout type convenable, par exemple
articulee sur des charnieres non representees.
La chemise 8 et l'enveloppe 2 delimitent ensemble une capacite ou
enceinte annulaire 12, remplie d'un fluide caloporteur qui peut etre
amene a circuler en direction d'une installation d'echange, telle
qu'une installation de chauffage central, par des canalisations de
depart et de retour 13 et 14.
La chemise 8 delimite, a l'interieur de l'enveloppe 2, une chambre de
combustion 15 qui est reliee a la boite a suie 5 par l'intermediaire
de conduits de fumee 16 contribuant, eventuellement a assurer aussi le
maintien et l'immobilisation de la chemise 8 a l'interieur de
l'enveloppe 2.
Des tubes de circulation 17 traversent la partie inte rieure de la
chemise 8 pour deboucher dans l'enceinte 12. Ces tubes 17 forment
ensemble, en quelque sorte, une sole 18 permettant de supporter,
directement ou en combinaison avec une grille a mailles, du
combustible en vrac, de nature heterogene, tel que du charbon ou des
buches de bois.
L'objet de l'invention est de proposer un ensemble de combustion,
d'alimentation et de regulation pour l'alimentation d'une chaudiere,
telle que decrite ci-dessus, avec un combustible en vrac, solide,
homogene et de faible granulometrie, constitue par des fragments
calibres de charbon ou, encore, par des granules reconstitues a partir
de matieres combustibles tels que de la sciure de bois.
Selon l'invention, l'ensemble comprend un foyer de combustion 19
destine a etre place dans la chambre 15 en appui directement sur la
sole 18 que forment les tubes 17 ou, encore, suspendu a une structure
porteuse 20 faisant partie de la chemise 8 et representee en traits
mixtes a la fig. 1.
Le foyer 19 s'eleve a partir d'un tube d'alimentation 21 destine a
traverser la porte 11 et a relier le foyer 19 a une trer mie de
stockage du combustible en vrac, non representee.Le tube
d'alimentation 21 est, de preference, constitue par la gaine d'une vis
d'alimentation sans fin 22 entrainee de facon connue par un moteur
electrique.
De preference, le tube 21 represente, au moins en partie, le fond du
foyer 19 qui est delimite par deux parois transversales 23 reliees
entre elles par deux parois longitudinales 24 raccordees au fond 22.
Les parois transversales 23 sont, de pref e- rence, planes, alors que
les parois longitudinales, paralleles a l'axe du tube 21, comprennent
deux parties 24a formant un divergent par rapport a la section du fond
22 et deux parties 24b planes s'etendant de facon sensiblement
verticale.
Les parois 23 et les parties 24b definissent ensemble un dessus ouvert
25 et portent, dans le plan de ce dessus, un encadrement de tete 26
sensiblement plan. L'encadrement 26 deborde, de part et d'autre du
plan vertical de chacune des parois, vers l'interieur et l'exterieur
du foyer. L'encadrement de tete 26 comporte, dans sa partie debordant
vers l'exterieur, des trous 27 dont la fonction apparat dans ce qui
suit.
Les parties planes et sensiblement verticales 24b presentent des
lumieres 28 de direction verticale destinees a etablir une
communication entre le volume interne 29 du foyer et la chambre 15.
Les parties 24a portent interieurement des deflecteurs de repartition
30 qui sont constitues par des segments de parois ou ailes. La hauteur
de ces deflecteurs decroit progressivement depuis la section de
raccordement entre le tube 21 et le foyer 19, afin de delimiter une
section de passage croissant progressivement en direction de la paroi
transversale 23 opposee (fig. 3). Les deflecteurs 30 sont, de
preference, plans et orientes en direction l'un de l'autre, en
definissant un angle de convergence compris de preference entre 120 et
150. Les parties angulaires rentrantes definies par les faces
superieures des deflecteurs 30 et les parties 24a sont, de preference,
occupees par deux moyens d'allumage 31 qui peuvent etre constitues par
des resistances electriques.
Les parois longitudinales 24 portent deux tubulures 32 qui peuvent
etre rapportees interieurement ou faire partie integrante de la
structure des parois longitudinales. Les tubulures 32 s'etendent
parallelement a l'axe du tube d'alimentation 21 et comportent, dans
leurs parois, une fente continue ou une serie de trous 33 orientes
vers l'interieur du volume 29 en etant situes a un niveau inferieur a
celui de la base des lumieres 28. Les tubes 32 sont raccordes, a
l'exterieur du foyer 19, a un boitier de repartition 34 dont l'entree
est reliee, par une gaine 35, a la sortie d'un ventilateur 36 dont le
fonctionnement est place sous la dependance d'une sonde de
temperature. Dans l'exemple considere, la sonde de temperature est,
par exemple, formee par un-element sensible appreciant la temperature
d'un local d'habitation.
Le foyer est, par ailleurs, associe a un detecteur de niveau de
remplissage 37 destine a commander le fonctionnement du tube
d'alimentation 21 et, en l'occurence, la mise en rotation par un
moteur electrique de la vis 22. Le detecteur 37 est forme par un
palpeur 38, tel qu'une grille, un cadre, un panneau, ajoure ou plein,
dont les caracteristiques dimensionnelles sont compatibles avec l'ou-
verture menagee par l'encadrement de tete 26. Le palpeur 38 est porte
par un levier 39 susceptible de pivoter dans au moins un palier 40
porte par l'encadrement de tete 26 et oriente parallelement a l'axe du
tube 21.Le levier 39 traverse la porte 11, au-dela de laquelle il
comporte une partie terminale 41 d'actionnement d'un boitier 42
comportant des contacteurs electriques commandant la mise sous tension
du moteur d'entrainement en rotation de la vis 22 et d'organes de
securite divers.
De preference, le palpeur 38 est monte de maniere a pouvoir pivoter
sur le levier 39 selon un axe perpendiculaire a celui defini par les
paliers 40.
L'ensemble decrit ci-dessus fonctionne de la facon suivante.
A partir de l'etat selon la fig. 2, le detecteur 37 commande la mise
sous tension du tube d'alimentation 21, de maniere que la rotation de
la vis 22 amene du combustible en vrac, solide et homogene dans le
foyer 19. L'alimentation qui est ainsi effectuee a pour resultat un
remplissage progressif, par elevation du niveau de combustible dans
le-volume 29. Les segments de parois 30, compte tenu de leur variation
de hauteur, assurent une repartition de remplissage sur toute la
longueur utile, afin d'obtenir un niveau sensiblement regulier. Le
remplissage est effectue de cette maniere jusqu'au moment ou le
palpeur 38, sollicite dans le sens de la fleche f1, commande, par le
boitier 42, l'interruption de fonctionnement du moteur d'entrainement
en rotation de la vis 22.Dans cet etat, le niveau de remplissage N
est, par exemple, celui determine en traits mixtes a la fig. 2.
L'allumage de la masse de combustible contenu dans le foyer est
effectue par les moyens 31. La position relative de ces moyens 31
permet d'eviter tout risque de deterioration consecutif a l'elevation
du combustible dans le foyer 19.
En consideration d'un etat de fonctionnement normal, dans lequel la
montee en puissance de la chaudiere a ete effectuee pour conferer la
temperature voulue au vehicule caloporteur, la combustion du
combustible s'effectue a partir de la couche superieure sur une
epaisseur qui est determinee par la hauteur des lumieres 28.
En effet, ces dernieres permettent la circulation d'un air secondaire
traversant la porte 17 par l'intermediaire d'un registre reglable 43.
Il en resulte une combustion continue progressive de l'epaisseur de
combustible interessee et correspondant a la zone d'influence active
des lumieres 28.
Au fur et a mesure de la combustion, le niveau N a tendance a baisser,
ce qui entraine le detecteur 37 dans le sens de la fleche f2. Lorsque
ce detecteur atteint le niveau minimal, le levier 40 commande le
boitier 42 qui retablit l'alimentation de la vis sans fin 22 pour
assurer l'apport d'une charge nouvelle de combustible, en vue de
completer le niveau de remplissage a l'interieur du foyer 19.
Il y a lieu de noter que, pendant la phase de fonctionnement, comme
ci-dessus, la contrainte exercee par la charge de combustible a
l'interieur du foyer 19 est en partie reprise ou supportee par les
ailes 30. Il en resulte une reduction de la contrainte verticale
supportee par la vis 22 qui peut ainsi etre entrainee en rotation, de
maniere reguliere pour contribuer a un remplissage progressif et
precis du volume utile 29 du foyer 19.
Il y a lieu de noter egalement que tout risque de debordement eventuel
du combustible, par suite de l'expansion consecutive a la combustion,
est combattu par l'encadrement de tete 26. En effet, le deversement ou
debordement eventuel, a partir du niveau superieur
N, amene les fragments ou granules de combustible en appui sur
l'encadrement jusqu'au moment ou, apres combustion complete, les
cendres resultantes sont naturellement deversees par les ouvertures 27
dans un cendrier 44 dispose sous la sole 18.
Dans la mesure ou, au cours d'un fonctionnement continu, tel que
decrit ci-dessus, il est necessaire d'accroitre l'allure de marche de
la chaudiere, en we par exemple de repondre a une demande superieure,
la sonde sensible a la baisse consecutive de temperature de reference
commande la mise sous tension du ventilateur 36. L'air pulse ainsi
fourni emprunte la gaine 35, le repartiteur 34 et les tubulures 32 qui
en assurent la distribution et la repartition dans la masse de
combustible en dessous de la couche de braises en combustion. Il en
resulte une activation de la combustion qui interesse progressivement
des couches de plus en plus basses, en fournissant ainsi un surplus de
calories pouvant etre transmis au vehicure caloporteur occupant
l'enceinte 12.
Au fur et a mesure que cette activation de la combus tion entraine un
abaissement du niveau de remplissage, le detecteur 37 fonctionne comme
dit precedemment, afin de fournir par la vis 22 un complement de
remplissage en combustible.
Ainsi que cela ressort de ce qui precede, l'ensemble conforme a
l'invention permet d'assurer la combustion reguliere continue d'un
combustible solide en vrac, homogene, d'adapter l'allure de marche de
la chaudiere en fonction des calories devant etre produites pour
repondre a la demande et de commander l'alimentation automatique du
foyer de combustion a partir d'une tremie de stockage disposee
exterieurement a la chaudiere.
En outre, la disposition constructive de l'ensemble permet d'obtenir
une combustion regulierement repartie sur toute la surface utile du
foyer, afin d'obtenir une couche d'epaisseur sensiblement constante,
soit en combustion lente, par l'intermediaire des ouvertures 28, soit
en combustion activee, sous l'action de l'air primaire delivre par les
tubulures 32.
L'objet de l'invention peut etre aisement adapte aux puissances des
chaudieres a equiper en prevoyant de modifier la longueur du foyer. Il
peut aussi etre prevu d'equiper des chaudieres de grande puissance
avec deux ou plusieurs ensembles tels que decrits ci-dessus.
Selon une autre disposition de l'invention, il est prevu de conferer,
a la partie de la vis 22 proche de la paroi transversale opposee a la
porte 11, une fraction d'helicoide 22a de pas contraire, afin d'eviter
tout risque de bourrage du combustible solide delivre dans le volume
utile 29.
Le boitier 42 peut etre prevu pour commander le fonctionnement du tube
d'alimentation 21 pendant une duree maximale determinee, afin
d'interrompre un tel fonctionnement lorsque, par exemple, la tremie de
stockage est vide.
Le boitier 42 peut etre aussi mis en oeuvre pour assurer, par exemple,
l'injection dans le tube 21 ettou le foyer 19 d'un produit extincteur,
tel que de l'water, en cas de fonctionnement anormal et de surchauffe
du foyer, ainsi que de combustion eventuelle a l'interieur du tube 21
apprecies par au moins un detecteur interne a la chaudiere.
Un autre avantage de l'invention reside dans la cons truction
particuliere du detecteur 37 dont le palpeur 38 est articule pour
pivoter selon un axe perpendiculaire a celui du pivotement du levier
39 le portant. De cette maniere, il devient possible de tenir compte
d'un niveau N de remplissage irregulier, dans le sens longitudinal du
foyer, avant de commander le pivotement du levier responsable de la
commande par le boitier 42 de l'arret de fonctionnement du tube
d'alimentation 21.
L'invention n'est pas limitee a l'exemple de realisation represente et
decrit en detail car diverses modifications peuvent y etre apportees
sans sortir de son cadre.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 - Ensemble de combustion, d'alimentation et de regulation pour
chaudiere a combustible en vrac, solide et homogene caracterise en ce
qu'il comprend - un foyer de combustion (19) destine a etre place a
l'interieur d'une chaudiere (1), possedant un dessus (25) ouvert et
dont le fond (22) est constitue par un tube d'alimen tation (21) avec
lequel il communique, - au moins une tubulure (32) d'injection dans
ledit foyer d'un air primaire d'activation pro duit par un ventilateur
(36) dispose a l'ex terieur de la chaudiere et dont le fonctionne ment
est place sous la dependance d'une sonde de temperature, - des
ouvertures (28) de passage d'air secon daire menagees dans le foyer en
dessous du dessus ouvert, - un detecteur (37) de niveau de remplissage
en combustible du foyer commandant le fonctionne ment du tube
d'alimentation.
2 - Ensemble selon la revendication 1, caracterise en ce que le foyer
(19) s'eleve a partir de l'ouverture du tube d'alimentation (21) et
comprend un fond (22) constitue au moins en partie par ledit tube,
deux parois transversales (23) et deux parois longitudinales (24)
definissant entre elles un divergent.
3 - Ensemble selon la revendication 2, caracterise en ce que le foyer
(19) comporte deux parois (24a) divergentes, prolongees par des
parties de parois (24b) sensiblement verticales menant au dessus
ouvert (25) et dans lesquelles sont menagees des fentes (28)
d'orientation verticale representant les ouvertures de passage d'un
air secondaire amene par le registre de la chaudiere.
4 - Ensemble selon l'une des revendications 1 a 3, caracterise en ce
que le foyer (19) comporte deux tubulures (32) d'injection d'air
primaire definissant un niveau d'injection vers l'interieur du foyer
situe en dessous des ouvertures (28) de passage d'air secondaire.
5 - Ensemble selon l'une des revendications 1 a 4, caracterise en ce
que le foyer (19) comporte un dessus ouvert (25) borde par un
encadrement (26) de forme generale plane horizontale, debordant vers
l'interieur et vers l'exterieur dudit foyer et pre- sentant des
ouvertures (27) menagees dans sa partie debordant vers l'exterieur.
6 - Ensemble selon l'une des revendications 1 a 5, caracterise en ce
que le foyer (19) comporte des deflecteurs (30) de repartition places
sur les faces internes des parois longitudinales (24) selon une
direction sensiblement parallele a l'axe du fond (22) et du tube
d'alimentation (21).
7 - Ensemble selon la revendication 1, caracterise en ce que le
detecteur de remplissage (37) est constitue par un palpeur (38) forme
par une structure plane montee en bout d'un levier (39) pivotant sur
un axe parallele a l'axe du tube d'alimentation et actionnant des
contacteurs de commande du fonctionnement du tube d'alimentation.
8 - Ensemble selon la revendication 7, caracterise en ce que le
detecteur (37) est constitue par un palpeur plan (38) porte par le
levier (39) et susceptible de pivoter par rapport a ce dernier sur un
axe perpendiculaire a celui de pivotement du levier.
9 - Ensemble selon la revendication 7 ou 8, caracterise en ce que le
detecteur de remplissage (37) est porte par l'encadrement (26).
10 - Ensemble selon la revendication 1, caracterise en ce que le tube
d'alimentation (21) comprend une vis sans fin (22) s'etendant dans la
partie du tube formant le fond du foyer et dont l'extremite interne a
ce foyer comporte une partie d'helicoide (22a) de pas contraire.
11 - Ensemble selon la revendication 1 ou 6, caracterise en ce que le
foyer (19) comporte deux moyens (31) d'allumage places parallelement
aux deflecteurs de repartition (30).
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