FR2486214A1

FR2486214A1 - Slow-combustion wood-burning stove - has glass fibre filter between furnace and water tubes through which products of combustion pass

Info

Publication number: FR2486214A1
Application number: FR8012170A
Authority: FR
Original assignee: PERENNEC RENE
Current assignee: PERENNEC RENE
Priority date: 1980-07-01
Filing date: 1980-07-01
Publication date: 1982-01-08
Also published as: FR2486214B3

Abstract

The furnace is constructed in the traditional manner having an insulated enclosure (11) with a door (6), fire bars (5), an ash box (4) and an air supply pipe (3). The water tube-nest (1) is at the top of the furnace but separated from the latter by a filter (7). The filter is constructed from dense fibreglass sandwiched between the grilles or perforated plates. During combustion the heat is retained in the furnace but the products of combustion pass through the filter (7) giving up their heat to the water in the tubes (1). The radiation loss from the furnace is practically zero.

Description

Forme générale : parallelépipède divisé aux trois quarts de la hauteur par le filtre séparant l'étage capteur de l'étage générateur. General shape: parallelepiped divided to three quarters of the height by the filter separating the sensor stage from the generator stage.

Ce dernier est plus large que haut ceci afin de diminuer au maximum les pertes en rayonnement par les côtés du four.The latter is wider than it is tall in order to minimize radiation losses from the sides of the oven.

Les parois de la porte et du four sont réalisées en t8le forte intdrieur et en tôle galva extérieur, séparées par une bonne épaisseur de laine de verre
Le filtre est également réalisé en laine de verre, mqis fortement comprimée entre deux grilles d'acier verrouillées démontables sur une cornière fixée aux parois du four. A la rigueur celui-ci aurait pu être remplacé par une plaque isolante percée d'un trou en son milieu, mais la régulation de combustion est moins bonne et les vapeurs pyroligneuses passent plus facilement. D'autre part, le goudron finit à la longue par obstruer l'orifice alors qutaucun encrassement n'a été remarqué sur le filtre en plusieurs centaines d'heures de fonctionnement.The walls of the door and the oven are made of strong interior sheet and of galvanized exterior sheet, separated by a good thickness of glass wool.
The filter is also made of glass wool, which is strongly compressed between two locked steel grates which can be dismantled on an angle iron fixed to the walls of the oven. Strictly speaking, this could have been replaced by an insulating plate pierced with a hole in the middle, but the combustion regulation is less good and the pyroligneous vapors pass more easily. On the other hand, the tar eventually obstructs the orifice while no fouling has been noticed on the filter in several hundred hours of operation.

La grille, en forme de voûte pour supporter le poids du combustible, est réalisée en acier ou en fonte; autour de celle-ci on peut disposer une ceinture de briques réfractaires pour dviter à la laine de verre de fondre à cet endroit (maladresse lors de l'allumage). The grid, in the shape of an arch to support the weight of the fuel, is made of steel or cast iron; around this one can have a belt of refractory bricks to prevent the glass wool from melting at this location (awkwardness during ignition).

Le panneau pare chute, comme son nom l'indique, évite la dégringolade du charbon de bois. lors de l'ouverture du four. The fall protection panel, as its name suggests, prevents the collapse of charcoal. when the oven is opened.

Les tuyaux capteurs sont en acier, disposés en double ou triple étages inclinés, permettant à l'eau de condensation de ruisseler dans le capteur qui ntest ni plus ni moins qu'une gouttière munie d'un tuyau d'évacuation. The sensor pipes are made of steel, arranged in double or triple inclined stages, allowing the condensed water to flow into the sensor which is nothing more or less than a gutter provided with a discharge pipe.

Le tuyau de cheminée comporte une vanne de règlage. The chimney pipe has a control valve.

L'allumage du four s'effEctue en embrasant une couche de charbon de bois sur la grille, le filtre légèrement reculé et la vanne de règlage grande ouverte permettant l'évacuation des gaz. Lorsque le charbon de bois est bien pris, on remplit l'étage, le filtre remis en place et la vanne de règlage ramenée sur le minima, on rabat le panneau anti chute et on verrouille la porte, Cet allumage, bien que délicat en partant du bois lui même (il faut de bonnes braises), devient aisé avec du charbon de bois. On peut donc éteindre le four et le rallumer facilement lorsque le bois s'est transformé en charbon et ceri quel que soit le niveau de combustible dans le four. The oven is ignited by igniting a layer of charcoal on the grid, the filter slightly moved back and the regulating valve wide open allowing the evacuation of gases. When the charcoal is well taken, we fill the stage, the filter put back in place and the regulating valve brought back to the minimum, we fold down the anti fall panel and we lock the door, This ignition, although delicate starting wood itself (you need good embers), becomes easy with charcoal. The oven can therefore be turned off and back on easily when the wood has turned to charcoal and cherry regardless of the fuel level in the oven.

FONCTIONNEMENT DU FOUR
(combustible : bois)
Dans un foyer classique l'air est abondant, la réaction vive, la température élevée, toutes conditions requises pour brûler intégralement les différents constituants du bois jusqu'aux plus pauvres. n n'en va pas de même dans l'atmosphère raréfiée du four. La combustion se fait en quelque sorte à l'étouffée. Sa bonne marche est assurée essentioìle- ment par trois facteurs
- l'isolant qui entretient la réaction,
- le courant de convection qui brûle toutes les vapeurs,
- le filtre qui régularise la combustion et permet la captation
des calories.OVEN OPERATION
(fuel: wood)
In a traditional fireplace the air is abundant, the reaction lively, the temperature high, all the conditions required to burn the various constituents of the wood to the poorest. This is not the same in the rarefied atmosphere of the oven. The combustion is done in a way smothered. Its smooth running is mainly ensured by three factors
- the insulation which maintains the reaction,
- the convection current which burns all the vapors,
- the filter which regulates combustion and allows capture
calories.

L'isolant tout d'abord joue un rôle très important, sans lui les pertes calorifique par rayonnement seraient telles que la température à l'intérieur du four chuterait rapidement au dessous de la température d'inflammation du combustible provoquant l'arrêt du système en très peu de temps. Cette non perte de calories provoque aussi la pyrogénation des couches de bois situées au dessus du foyer.Sous l'action de cess gns brûlants montants, le bois se transforme peu à peu en charbon en libérant constituants, à savoir, un fatras de vapeurs et de gaz mélangés qui, eux, ne brûlent pas faute- d'air. Ce sont ces gaz et ces vapeurs pyroligneux qui donnent naissance aux flammes mouvantes des bûches
n faut brûler ce combustible, c'est justement le rôle du courant de convection dessin A).Firstly, the insulator plays a very important role, without it the heat losses by radiation would be such that the temperature inside the oven would drop quickly below the ignition temperature of the fuel causing the system to shut down. very little time. This non-loss of calories also causes the pyrogenation of the layers of wood located above the hearth. Under the action of rising amounts of burning, the wood gradually turns into charcoal, releasing constituents, namely, a jumble of vapors and mixed gases which do not burn due to lack of air. It is these pyroligneous gases and vapors which give rise to the moving flames of the logs
We must burn this fuel, it is precisely the role of the convection current drawing A).

Celui-oi nait d'une différence de température qui s'établit à l'inté rieur du four lui-même, chaud, froid, montée et descente, montée au point le plus chaud. Le courant ascendant charrie vapeurs et gaz jusqu'au fil- tre qui les arrête, ne laissant passer que du gaz carbonique, de la vapeur d'eau et une partie insignifiante deoe combustible plus gras (goudron) à l'étage supérieur vers les tuyaux capteurs. Acculés au filtre et pcuss48 par la colonne ascendante, vapeurs et gaz basculent et descendent sur un point de la grille moins chaud, traversent celle-ci et pénètrent dans le cendrier où le combustible se mélange avec l'air et aussitôt aspiré par la colonne montante traverse le foyer en brûlant.Ce tourillon demeure jusqu'à la fin de la combustion. This arises from a temperature difference which is established inside the oven itself, hot, cold, rising and falling, rising to the hottest point. The updraft carries vapors and gases to the filter that stops them, letting in only carbon dioxide, water vapor and an insignificant part of the fatter fuel (tar) on the upper floor towards the pipes sensors. Cornered with the filter and pcuss48 by the ascending column, vapors and gases rock and descend on a point of the less hot grid, cross it and penetrate in the ashtray where the fuel mixes with the air and immediately sucked by the riser burns through the hearth, this pin remains until combustion is complete.

Un autre système pour brûler ces vapeurs serait de provoquer la combustion , non plus par le bas, mais en haut directement sous le filtrat
Quatre conduites d'amenée d'air placées en coin suffiraient à la modification. Ce système a été également testé et donne de très bons résultats.Another system for burning these vapors would be to cause combustion, no longer from below, but above directly under the filtrate
Four corner air supply lines would suffice for the modification. This system has also been tested and gives very good results.

le filtre, partie importante du système, remplit les mêmes fonctions que l'isolant général en interdisant le rayonnement, avec en plus la faculté de permettre la captation des calories en laissaht passer le gaz carbonique et la vapeur d'eau, seuls conducteurs thermiques entre l'étage générateur et l'étage capteur de calories. La vapeur d'eau qui vient de traverser le filtre va maintenant se condenser sur les tubes capteurs, ceci est intéressant car cette liquéfaction de la vapeur apporte:des calories par le simple fait que cette même eau, en se transformant- en vapeur, en absorbe. C'est la basse température de ces vapeurs et leur faible vitesse qui permettent leur condensation, augmentant du même coup le rendement du four. L'eau condensée ruisselle le long des tuyaux capteurs disposés en oblique.Elle tombe dans un collecteur et est évacuée vers les égouts -(dessin B). On notera que cette eau ne provient pas du bois mouillé mais de la réaction chimique du bois lors de sa combustion puisque celui-ci contient de lthydrogène (cellulose). the filter, an important part of the system, fulfills the same functions as the general insulator by prohibiting radiation, with the additional ability to allow the capture of calories by allowing carbon dioxide and water vapor to pass, the only thermal conductors between the generator stage and the calorie sensor stage. The water vapor which has just passed through the filter will now condense on the sensor tubes, this is interesting because this liquefaction of the vapor provides: calories by the simple fact that this same water, by transforming into vapor, absorbed. It is the low temperature of these vapors and their low speed that allow their condensation, thereby increasing the efficiency of the oven. Condensed water runs down the oblique collector pipes, it falls into a collector and is discharged to the sewers - (drawing B). It should be noted that this water does not come from wet wood but from the chemical reaction of the wood during its combustion since it contains hydrogen (cellulose).

La. progression de la combustion. The progress of combustion.

Au fil des Jours la température augmente, chose facile à comprendre si l'on saint que le bois ne possède que 4.000 calories au gramme alors que le charbon qu'il engendre en possède presque 7.000. La chaleur se stabilise vers la moitié du temps de fonctionnement environ. A ce stade le bois s'est entièrement transtòrmé en charbon et si l'on ouvre la porte du four à ce moment là, on s'aperçoit que le volume du combustible n'a pratiquement pas bougé, par contre le poids a diminué des 2/3. As the days go by, the temperature increases, something easy to understand if we believe that wood has only 4,000 calories per gram while the charcoal it generates has almost 7,000. The heat stabilizes around half the operating time. At this stage the wood is completely transformed into charcoal and if you open the oven door at this time, you will notice that the volume of the fuel has hardly changed, however the weight has decreased 2/3.

n reste environ la moitié des calories.About half the calories are left.

Cette seconde partie de la combustion est intéressante en ce ens qu'elle ne dégage ni vapeurs ni fumées d'autre sorte, mais simplement du gai carbonique. La chaleur qui règne va nettoyer le four en entier en brûlant les dépôts grudronneux des parois et du filtre. A noter que si l'on rajoute quelques bûches à ce moment il ne faut pas garder la porte ouverte trop longtemps car la vitesse d'embrasement du charbon est extrêiement rapide. This second part of the combustion is interesting in that it does not give off vapors or fumes of any other kind, but simply carbon dioxide. The prevailing heat will clean the entire oven by burning the gritty deposits on the walls and the filter. Note that if you add a few logs at this time you should not keep the door open for too long because the burning speed of the charcoal is extremely fast.

fl est tout à fait possible de faire fonctionner le four sans interruption pendant tout un hiver en le chargeant une fois tous les quinzeJours, voire une fois tous les mois, ce n'est qu'une question de taille. Bn principe, son temps de fonctionnement ne connaît pas de' limite puisque cette lenteur de combustion tient à un seul facteur : l'isolation. Témoins les papyrus pompéens qui se sont lentement trans- formés en carbone au fil des siècles, la chaleur minime dégagée n'est évidement valable que si le combustible en réaction est en quantité considérable. It is entirely possible to operate the oven without interruption for a whole winter by charging it once every fifteen days, or even once every month, it is only a question of size. In principle, its operating time knows no limit since this slow combustion is due to only one factor: insulation. Witness the Pompean papyrus which have slowly transformed into carbon over the centuries, the minimal heat released is obviously only valid if the fuel in reaction is in considerable quantity.

Autonomie. Autonomy.

Si nous admettons que la puissance calorifique moyenne absorbée pour le chauffage d'une maison n'excède pas 5 Kw (jours et nuits du début à la iin de la période froide), nous trouvons pour 1 m3 de bois un temps de combustion compris entre 12 et 13 Jours. If we admit that the average calorific power absorbed for the heating of a house does not exceed 5 Kw (days and nights from the beginning to the end of the cold period), we find for 1 m3 of wood a combustion time between 12 and 13 Days.

Pouvoir calorifique d'un m3 de bois sec et dur (400 Kgs): 1.600.000 Calories soit 6.694.400 Kgjoules. Calorific value of one m3 of dry and hard wood (400 Kgs): 1,600,000 Calories or 6,694,400 Kgjoules.

T
Temps de combustion de ce m3 : t = p = 15 jours 1/2 (rendement 100/100). T
Burning time of this m3: t = p = 15 1/2 days (yield 100/100).

Nous parlons ici du bois. Il est évident qu'avec du charbon (com- bustible de choix pour le système) le temps de fonctionnement serait doublé. We are talking about wood here. Obviously with coal (the fuel of choice for the system) the operating time would be doubled.

Le rendement d'un tel système de combustion est bon car les pertes par rayonnement sont pratiquement nulles; d'autre part, la température des gaz à l'intérieur du conduit de cheminée n'excède que de très peu la température ambiante, voire pas du tout. Le four fonctionne oenr tirage mais par poussée des gaz à l'intérieur de ltétage générateur. The efficiency of such a combustion system is good because the radiation losses are practically zero; on the other hand, the temperature of the gases inside the chimney flue only very slightly exceeds the ambient temperature, if at all. The oven operates in draft but by thrusting gases inside the generator stage.

D'autre part sa taille permet une main d'oeuvre très réduite, on y brûle aisément des bûches brutes de corde ni coupées ni fendues, voire même des troncs entiers et ceci d'une façon régulière malgré leur taille. Un autre combustible intéressant et bon marché pour ce genre de four serait la broussaille broyée parce que renouvelable chaque annate et qui plus est limiterait les risques d'incendie en forêt. On the other hand its size allows a very reduced workforce, it easily burns raw logs of rope neither cut nor split, or even whole trunks and this in a regular manner despite their size. Another interesting and inexpensive fuel for this kind of furnace would be the crushed undergrowth because renewable each annate and which moreover would limit the risks of fire in forest.

K. Jean PAIN qui s'est beaucoup intéressé au compostage, a mis au point un broyeur efficace à cet effet. Ce four permet également de tirer profit des ordures ménagères. K. Jean PAIN who was very interested in composting, has developed an efficient shredder for this purpose. This oven also allows you to take advantage of household waste.

Applications. Applications.

Très intdressant en milieu urbain, il l'est encore davantage en milieu rural. Very attractive in urban areas, it is even more so in rural areas.

En milieu rural, le combustible ne manque pas (bois et broussailles) de plus on n'est pas limité par l'encombrement. Le four peut prendre des dimensions imposantes (plusieurs dizaines de m3) afin d'assurer le chauffage ininterrompu de poulaillers, porcheries, serres, maisons d'habitation, etc..;
En conclusion, et pour parler de foyers à combustibles solides, la différence essentielle entre un tel système de chauffage et En système classique, est sa facilité d'emploi, facilité due en quelque sorte à !'inertie" de combustion qui permet une régulation et un temps de fonctionnement qu'aucun autre foyer à réactions vives ne saurait atteindre. In rural areas, there is no shortage of fuel (wood and brush) and we are not limited by the space. The oven can take on imposing dimensions (several tens of m3) in order to ensure the uninterrupted heating of chicken coops, pigsties, greenhouses, residential houses, etc .;
In conclusion, and speaking of solid fuel fireplaces, the essential difference between such a heating system and a conventional system is its ease of use, ease due in a way to the "inertia" of combustion which allows regulation and an operating time that no other hot reaction stove can reach.

Claims

1. Oven with thermos effect comprising all the conventional parts of an oven (grid (5) ashtray (4) loading door (6) air inlet (3) ect ...) characterized by the fact that it comprises insulation from the hot source intended to cause a slow reaction of the fuel by slowing the thermal radiation from this hot source (generator stage (2) towards the cold source (sensor stage (1)) while allowing it to pass through ( filter (7)) by noisy vapors and gases which will give up their calories by t. staining the sensor pipes.

2. Oven with thermos effect according to claim t characterized in that the means for implementing the slow counting is based exclusively on the interposition of a double effect lant between the cold source and the source of .

3. Oven with thermos effect according to claim 2 characterized in that the insulation in question must be impermeable to thermal radiation but permeable to gases and vapors passing through it.

4. Oven with thermos effect according to claim t characterized in that the design and size of the oven described is only one of many examples of embodiment based on the claims of principle 2 and 3.