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"Dispositif de combustion et de postcombustion pour combustibles solides, liquides et gazeux."
On connaît divers brevets et procédés permettant d'atteindre à la postcombustion des résidus combustibles gazeux générés par une com-
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bustion incomplète de quel que combustible que celà soit. La catalyse et divers principes autres, dont 2 brevets belges (n 0870257 & 8800122) de l'auteur de la présente demande, tentent à améliorer les ré- sultats desdites combustion et postcombustion sans atteindre à un phénomène de postcombustion constant et fiable.
On sait que, notamment l'auteur par deux brevets belges n 0870258 & 8800117, il a été associé à ces principes de postcombustion des procédés de récupération des calories produites en vue de leur utilisation pour le chauffage. Mais la postcombustion étant instable du fait des principes utilisés, les résidus gazeux étant imbrûlés, un dépôt de goudrons combustibles était généré dans les conduits de fumée avec les risques connus que celuici entraîne sous forme de feux de cheminées et de sécurité d'utilisation.
L'invention, composée d'une chambre de combustion associée à une chambre depost- combustion, a pour but d'assurer, quelle que soit la température des résidus gazeux de combustion, la plus grande constance de transformation de ces résidus en calories et gaz dits propres. Donc de stabiliser le niveau de la température des gaz brûlés et éviter, en conséquence, le bistrage des conduits et les risques qui en découlent.
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L'invention, dans ses composantes de combustion et de postcombustion, se caractérisant en ce que ces phémonèmes complémentaires et liés dans une unité de réactions thermiques et chimiques, est thermiquement isolée de telle sorte que le pouvoir calorifique résultant de la première réaction de combustion serve essentiellement et exclusivement à la deuxième réaction de postcombustion qui, elle-même, pendant l'ensemble de son parcours d'homogénéisation du mélange comburant-carburant, est protégée de toute déperdition calorifique.
L'invention, en une de ses caractéristiques remarquables, dispose, dans le circuit de postcombustion, d'un contrôle des températures, y intégré au premier tiers, après l'injection de l'air secondaire et après un premier parcours limité de préhomogénéisation de ce mélange. Associé à cette sonde de contrôle thermique, une résistance électrique est destinée à accroître, si nécessaire, la température dudit mélange et permettre, dans les deux tiers restant du circuit d'homogénéisation, de terminer cette réaction thermo-chimique qu'est la postcombustion.
L'invention, en une autre de ses caractéristiques principales, dispose, pour le parcours du mélange en postcombustion, d'un circuit en forme de tore (à gorge ou à collier nul suivant que les gaz à brûler sont complexes ou simples ou en fonction de la nécessité de disposer d'un plus grand parcours pour atteindre à l'homogénéité du mélange.) dont la surface interne est lisse ou non mais thermiquement isolée.
L'invention, en caractéristique particulière, pouvant, en lieu et place du tore, disposer d'un circuit de circulation du mélange en postcombustion, de toute forme autre que l'usage imposerait. Tout en conservant le dispositif de contrôle des températures et toute forme de principe pouvant
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maintenir ces températures à un niveau minimal de 800 C..
En première application particulière, en figure 1, la sole inférieure étant reprise sous"la"et doublée de"lb"comme isolation thermique, les parois latérales étant reprises sous"3" dont"a"est l'entrée des gaz brûlés et"b"la sortie après une circulation dans cette paroi double gauche et droite ; en"2"la paroi de fond, double également, dont"a"est l'entrée des gaz brûlés et"b"la sortie gauche ou droite ;"4"étant le système torique de postcombustion que nous étudierons en une autre figure, "5"étant la boite à fumée récoltant de"3"les fumées avant de les évacuer par le tuyau"6".
Le fer à cheval"7"étant un tube carré d'apport d'air primaire (ou de combustion) chaud et insufflé par le ventilateur (ou la turbine) non représenté et situé sous"1". (Il est à noter que toutes les parois sont doubles et en matériau réfractaire isolant pour les intérieurs en contact avec le feu, la paroi"4"étant entièrement en réfractaire isolant. Les extérieurs des parois ou modules"l","2","3"et"5"étant en matériau diffusant ou thermiquement conducteur).
En figure 2, la circulation des fumées apparaît clairement : Le combustible étant en "a", la fumée étant symbolisée par de petites croix, + pleines ou évidées selon qu'elles sont hors ou entre les panneaux des parois modulaires, la fumée est aspirée par l'orifice"b"dans le circuit de postcombustion où elle emprunte le circuit torique avant de descendre en"c"où un déflecteur la dirige vers le centre avant qu'elle ne soit aspirée (ou refoulée) vers "d'et d". " où. à nouveau un déflecteur l'obli- ge à parcourir le chemin le plus long avant d'être admise en"e", boite à fumée, puis éjectée par"f" dans la cheminée. (Il est évident que ces divers mo- dules sont destinés à s'assembler et à s'inscrire en un caisson de convection-Fig. 6-).
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En figure 3,"c. f." indique les conduits de fumée ;"a. s." l'air secondaire ou de postcombustion ;"s. i" une application particulière de sole inclinée pouvant être utilisée, par l'apport de calories des fumées sous sa surface, pour l'évaporation de combustible à haute teneur en humidité ;"t. r." in- diquant le tirage direct, lors de l'ouverture de la trappe frontale d'alimentation (de manière à éviter la dispersion de fumées à l'extérieur du corps de combustion) ainsi que le décendrage lors d'un ramonage de la cheminée.
En figure 4, le module de postcombustion composé de"1"comme entrée des fumées,"2" étant l'ensemble sonde-résistance pour stabiliser la température de ladite fumée, "3" étant l'entrée d'air secondaire ou de postcombustion,"4"étant la sortie des fumées après le parcours dans le tore thermique- ment isolé,"5"étant une ouverture de prise directe des fumées (cas d'application parmi d'autres non-limitatives) lors de l'ouverture de la porte du foyer.
En figure 5, un double module torique (qui pourrait être multiplié selon les utilisations et les besoins en température de combustion des fumées) où"e. f." est l'entrée de la fumée, "a" un ensemble de module torique de postcombustion,"b" un serpentin (ou toute technique autre connue) d'échange thermique des calories contenues dans la fumée s'échappant par"s. f. ou sortie des fumées.
En figure 6, un cas particulier d'application sous forme de cassette ou insert pour le chauffage domestique où apparaissent en"C"le caisson de convection, en"1"la sole, en"3"les doubles parois latérales, en"4"le module de postcombustion, en "5"la boite à fumée, en"2"la double paroi arrière et en"F-6"la sortie des fumées (dont la position est déterminée sur le haut de l'ensemble pour une meilleure lisibilité de la perspective mais peut être située à l'arrière de l'ensemble présenté).
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En figure 7 apparaît un ensemble double où le volume réservé au combustible est doublé, où la puissance calorifique est deux fois supérieure à la puissance de base décrite jusqu'ici. En"a"une sole (surface double de la sole initiale), en"c"deux parois de fond, en"d"les doubles parois latérales gauche et droite, en"b"les modules de postcombustion et en "e"les boites à fumée dont la sortie de fumée peut se situer indifféremment en haut à gauche ou à droite, ou à l'arrière de même.
En figure 8 est symbolisé un mini échangeur thermique, dont la technique est connue, pouvant se placer sur tout ensemble non pourvu de caisson de convection. En"1"est l'entrée des fumées en provenance de l'ensemble combustion-postcombustion, les + croix représentant cette fumée, en "2" l'échangeur de chaleur, en"3"la sortie des fumées, en"4"le ventilateur ou turbine quelconque pour eau ou air ou fluide au- tre,, en"5"la sortie du fluide chaud.
En figure 9, un ensemble complet de chauffe sans convecteur (sur lequel pourrait se greffer l'échangeur repris en fig. 8) composé, en"1'', du corps de combustion dont la forme symbolisée ici est indicative et non déterminante, en"2"un module de postcombustion où l'élément torique est situé dans la moitié inférieure de ce module, en"5"les croix + symbolisent le parcours de la fumée additionnée en"6"de l'air de postcombustion ou air secondaire et maintenue à température par la sonde-résistance en"7". En"4"l'entrée des fumées du corps de chauffe dans l'ensemble de postcombustion ; en"9"l'entrée d'air primaire destiné au corps de chauffe ; en"8"le manchon de raccordement au conduit de fumée-cheminée et en"3"le couvercle-trappe de chargement en combustible.
L'ensemble de ce qui est présenté étant constitué de matériau réfractaire isolant à l'exception du couvercle"3"pouvant être, en fonction de la nécessité, en matériau diffusant pouvant faire l'office d'une plaque de cuisson, par exemple.
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De ces diverses figures il ressort que tant l'espace de combustion que celui de postcombustion sont isolés thermiquement. En outre, les figures 1,. 3 et 9 font apparaître que l'air de combustion ainsi que l'air de postcombustion ont un circuit à l'intérieur du corps de chauffe avant d'être introduits dans leurs fonctions respectives. Dans les figures 1 et 3 on constatera que les prises d'air, primaire ou secondaire (de convection), ont leur entrée d'air dans la partie inférieure de l'ensemble présenté, soit sous la sole supportant le combustible. Cet emplacement profitant du flux d'air généré par la turbine pulsant l'air de convection.
L'ensemble combustion-postcombustion se trouve soumis à deux forces s' additionnant : une force de poussée d'air artificielle provenant du circuit de convection et une force d'aspiration provenant de la dépression naturelle de la cheminée. Les deux forces réunies permettant d'équilibrer les pertes de charge générées par le circuit contrarié imposé à la circulation des fumées. (Fig. 2).
Par contre, en figure 9, disposant d'un circuit moins contrarié pour la fumée, d'où d'une perte de charge faible de la force d'aspiration naturelle de la cheminée, le principe de l'air pulsé a été abandonné.
Mais le circuit à l'intérieur du corps de chauffe des amenées d'air primaire et secondaire sont maintenues permettant, ainsi, d'améliorer les processus de combustion et de postcombustion par une amenée d'air à haute température (400 à 600 C.). En figure 3, par ailleurs, apparaît un double plan incliné recevant un apport de calories à température élevée (plus de 800 C. ) en provenance, presque non contrariée, du tore de postcombustion. Cette double (ou triple ou unique de forme quelconque mais inclinée) sole étant destinée à assurer l'apport calorifique nécessaire à l'évaporation de tout combustible humide (nécessitant un apport de calories pour s'évaporer) et à conserver à la chambre de combustion ses propres calories et sa température élevée nécessaires à une bonne postcombustion.
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De la description de la figure 1 il est clair qu'il faut considérer qu'ayant à faire à un ensemble de chauffe, les calories produites doivent être captées par l'air de convection (fig. 6) et que, dés lors, les parois extérieures sont toutes thermo-conductrices, à l'exception de 2ao dont l'intérêt de soles inclinées (fig. 3) nécessiterait d'isoler l'ensemble 2.
Des descriptions en Fig. 1 & 2, il ressort que le parcours des fumées, après postcombustion, est contrarié par diverses chicanes ou déflecteurs. Il est clair qu'ayant à échanger les calories produites par la combustion-postcombustion l'intérêt d'un parcours le plus long et turbulent apportera les résultats les plus satisfaisants. Le profil des conduits tel que symbolisé par les divers croquis présentés étant indicatif et non déterminant, de même le nombre et la forme des chicanes.
En figure 1 le module de postcombustion est situé au-dessus du module de combustion, en figure 9 ce même module de postcombustion est situé sur la face arrière du module de combustion. Il est évident que la position de ce module de postcombustion n'est pas déterminante quant au bon fonctionnement de l'ensemble combustion-postcombustion mais est bien dépendante del' objectif poursuivi par le concepteur.
En figure 4 sous le"1"est indi- quée l'entrée des fumées. Dans certains cas d'utilisa- tion cette entrée peut être garnie d'un catalyseur et permettre d'éviter la résistance"2", le catalyseur donnant son meilleur rendement dans les températures moyen- nes et la postcombustion dans les températures supérieures, l'addition des deux principes permettrait d'atteindre à une postcombustion stabilisée dans les températures vari- ant de 3000 à 6000 C (température des fumées dans le corps de combustion).
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"Combustion and post-combustion device for solid, liquid and gaseous fuels."
Various patents and processes are known which make it possible to achieve, in the afterburning, gaseous combustible residues generated by a
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incomplete bustion of whatever fuel it is. Catalysis and various other principles, including 2 Belgian patents (no. 0870257 & 8800122) by the author of the present application, attempt to improve the results of said combustion and afterburning without achieving a constant and reliable afterburning phenomenon.
We know that, in particular the author by two Belgian patents n 0870258 & 8800117, it has been associated with these afterburning principles of the processes for recovering the calories produced with a view to their use for heating. But the afterburning being unstable due to the principles used, the gaseous residues being unburnt, a deposit of combustible tars was generated in the smoke pipes with the known risks that this entails in the form of chimney fires and safety in use.
The invention, composed of a combustion chamber associated with a post-combustion chamber, aims to ensure, whatever the temperature of the gaseous combustion residues, the greatest consistency in the transformation of these residues into calories and gases said to be clean. So to stabilize the level of the temperature of the burnt gases and avoid, consequently, the bistrage of the conduits and the risks which result from this.
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The invention, in its combustion and afterburner components, characterized in that these complementary phemonemes and linked in a unit of thermal and chemical reactions, is thermally insulated so that the calorific value resulting from the first combustion reaction serves essentially and exclusively to the second afterburning reaction which, itself, during its entire homogenization process of the oxidizer-fuel mixture, is protected from any heat loss.
The invention, in one of its remarkable characteristics, has, in the afterburning circuit, a temperature control, integrated therein in the first third, after the injection of secondary air and after a first limited course of prehomogenization of this mixture. Associated with this thermal control probe, an electrical resistance is intended to increase, if necessary, the temperature of said mixture and allow, in the remaining two thirds of the homogenization circuit, to complete this thermo-chemical reaction which is afterburning.
The invention, in another of its main characteristics, has, for the course of the afterburning mixture, a circuit in the form of a torus (with groove or with zero collar depending on whether the gases to be burned are complex or simple or in function of the need to have a longer route to achieve homogeneity of the mixture.) whose internal surface is smooth or not but thermally insulated.
The invention, in particular characteristic, being able, in place of the torus, to have a circuit of circulation of the mixture in afterburning, of any form other than the use would impose. While retaining the temperature control device and any form of principle that can
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maintain these temperatures at a minimum level of 800 C.
In the first particular application, in FIG. 1, the lower sole being taken up under "la" and doubled with "lb" as thermal insulation, the side walls being taken up under "3" of which "a" is the inlet for the burnt gases and " b "the exit after a circulation in this left and right double wall; in "2" the bottom wall, also double, of which "a" is the inlet of the burnt gases and "b" the left or right outlet; "4" being the toric afterburner system which we will study in another figure, "5" being the smoke box collecting the smoke from "3" before evacuating it through the pipe "6".
The horseshoe "7" being a square tube of primary air supply (or combustion) hot and blown by the fan (or the turbine) not shown and located under "1". (It should be noted that all the walls are double and made of insulating refractory material for the interiors in contact with the fire, the wall "4" being entirely made of insulating refractory. The exteriors of the walls or modules "l", "2", "3" and "5" being of diffusing or thermally conductive material).
In Figure 2, the smoke circulation appears clearly: The fuel being in "a", the smoke being symbolized by small crosses, + solid or hollowed out depending on whether they are outside or between the panels of the modular walls, the smoke is sucked by the orifice "b" in the afterburner circuit where it borrows the toric circuit before going down to "c" where a deflector directs it towards the center before it is sucked (or driven back) towards "from and d ". "where. again a deflector obliges him to travel the longest path before being admitted into" e ", a smoke box, then ejected by" f "into the chimney. (It is obvious that these various Modules are intended to assemble and register in a convection box (Fig. 6-).
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In Figure 3, "c. F." indicates the flues; "a. s." secondary or post-combustion air; "s. i" a particular application of inclined hearth which can be used, by adding calories from the fumes below its surface, for the evaporation of fuel with a high moisture content; "t. r." indicating direct draft, when opening the front supply hatch (so as to avoid the dispersion of smoke outside the combustion body) as well as ash removal when sweeping the chimney.
In FIG. 4, the afterburner module made up of "1" as the smoke inlet, "2" being the probe-resistance assembly for stabilizing the temperature of said smoke, "3" being the secondary or afterburner air inlet , "4" being the outlet of the fumes after the passage in the thermally insulated toroid, "5" being an opening for direct intake of the fumes (case of application among others non-limiting) when the opening of the door of the hearth.
In Figure 5, a double toric module (which could be multiplied according to the uses and the combustion temperature requirements of the fumes) where "e. F." is the inlet of the smoke, "a" a set of afterburner toric module, "b" a coil (or any other known technique) for heat exchange of the calories contained in the smoke escaping by "sf or outlet of the fumes.
In FIG. 6, a particular case of application in the form of a cassette or insert for domestic heating where the convection box appears in "C", in "1" the bottom, in "3" the double side walls, in "4 "the afterburner module, in" 5 "the smoke box, in" 2 "the double rear wall and in" F-6 "the smoke outlet (whose position is determined on the top of the assembly for better readability of the perspective but can be located at the back of the set presented).
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In FIG. 7, a double assembly appears where the volume reserved for the fuel is doubled, where the calorific power is twice greater than the basic power described so far. In "a" a sole (double surface of the initial sole), in "c" two bottom walls, in "d" the double side walls left and right, in "b" the afterburner modules and in "e" the smoke boxes whose smoke outlet can be located either at the top left or right, or at the back as well.
In FIG. 8 is symbolized a mini heat exchanger, the technique of which is known, which can be placed on any assembly not provided with a convection box. In "1" is the inlet of the fumes from the combustion-afterburner assembly, the + crosses representing this smoke, in "2" the heat exchanger, in "3" the outlet of the fumes, in "4" any fan or turbine for water or air or other fluid, at "5" the outlet of the hot fluid.
In FIG. 9, a complete set of heaters without a convector (on which the exchanger shown in fig. 8 could be grafted) composed, in "1", of the combustion body whose shape symbolized here is indicative and not decisive, in "2" an afterburner module where the toric element is located in the lower half of this module, in "5" the crosses + symbolize the course of the smoke added in "6" of the afterburner air or secondary air and maintained at temperature by the resistance probe in "7". In "4" the entry of the fumes from the heating body into the afterburner assembly; in "9" the entry of primary air intended for the heating body; in "8" the sleeve for connection to the flue-chimney and in "3" the fuel loading hatch cover.
All of what is presented being made of insulating refractory material with the exception of the cover "3" which can be, depending on the need, in diffusing material which can serve as a baking sheet, for example.
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From these various figures it appears that both the combustion space and that of afterburning are thermally insulated. In addition, Figures 1 ,. 3 and 9 show that the combustion air and the afterburning air have a circuit inside the heating body before being introduced into their respective functions. In Figures 1 and 3 we see that the air intakes, primary or secondary (convection), have their air intake in the lower part of the assembly presented, either under the sole supporting the fuel. This location takes advantage of the air flow generated by the turbine pulsing the convection air.
The combustion-post-combustion assembly is subjected to two added forces: an artificial air pushing force coming from the convection circuit and a suction force coming from the natural depression of the chimney. The two forces combined to balance the pressure losses generated by the thwarted circuit imposed on the circulation of smoke. (Fig. 2).
On the other hand, in FIG. 9, having a less annoyed circuit for the smoke, hence a low pressure drop of the natural suction force of the chimney, the principle of forced air has been abandoned.
However, the circuit inside the heating body of the primary and secondary air intakes is maintained, thus making it possible to improve the combustion and post-combustion processes by an air intake at high temperature (400 to 600 C. ). In FIG. 3, moreover, a double inclined plane appears, receiving a supply of calories at high temperature (more than 800 C.) coming, almost without annoyance, from the afterburner torus. This double (or triple or single of any shape but inclined) sole being intended to ensure the calorific contribution necessary for the evaporation of any wet fuel (requiring a contribution of calories to evaporate) and to keep in the combustion chamber its own calories and high temperature necessary for good afterburning.
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From the description of Figure 1 it is clear that it must be considered that having to do with a heating set, the calories produced must be captured by the convection air (fig. 6) and that, from then on, the external walls are all thermally conductive, with the exception of 2ao whose advantage of inclined floors (fig. 3) would require isolating the assembly 2.
Descriptions in Fig. 1 & 2, it appears that the smoke path, after post-combustion, is thwarted by various baffles or deflectors. It is clear that having to exchange the calories produced by post-combustion combustion the interest of a long and turbulent journey will bring the most satisfactory results. The profile of the conduits as symbolized by the various sketches presented being indicative and not decisive, as is the number and the shape of the baffles.
In FIG. 1 the afterburner module is located above the combustion module, in FIG. 9 this same afterburner module is located on the rear face of the combustion module. It is obvious that the position of this afterburner module is not decisive for the proper functioning of the combustion-afterburner assembly but is indeed dependent on the objective pursued by the designer.
In figure 4 under "1" is indicated the entry of the fumes. In certain use cases, this inlet can be fitted with a catalyst and make it possible to avoid resistance "2", the catalyst giving its best performance at medium temperatures and afterburning at higher temperatures, the addition of the two principles would make it possible to achieve stabilized post-combustion in temperatures varying from 3000 to 6000 C (temperature of the fumes in the combustion body).