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BREVET D' INTENTION @ NOUVEAU PROCEDE DE COMBUSTION ENSUSPENSION PNEULIATOUE PAR FOYER-CONE, par Louis STOUFF.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux foyers utilisant des combustibles en particules et elle permet notamment dans une de ses formes de réalisation, l'emploi de combustibles contenant des grains dont les dimensions varient de 0 à 30 mm.-
Suivant une caractéristique de l'invention, le foyer est du type en forme de cuve verticale traversée par un courant d'air ascendant et il est caractérisé par le fait que l'on donne à ce courant d'air une vitesse progressivement décroissante de bas en haut dans une chambre épousant la forme divergente ae ce courant d'air.
De préférence,
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l'angle doit être d'autant plus faible que la densité du combustible ou le diamètre des plus grosses particules est grand; en général, cet angle devrait être normalement de 25 degrés environ pour un combustible moyen. -
D'autre part, le rapport des surfaces des bases ou orifices extrêmes d'entrée et de sortie ne pourra être infé- rieur à 15 environ; il devra être d'autant plus grand que la densité du combustible et le diamètre des plus grosses parti- cules sera plus grand. En général, ce rapport atteindra au moins 100 à 200...
Suivant la disposition ci-dessus, le foyer a la forme d'un conduit divergent ou diffuseur sans variation brusque de section, de telle sorte que les gaz s'écoulent sans tourbillon, et dans une section droite la vitesse est sensiblement la même dans tous les points. Grâce à cette disposition, on obtient des avantages techniques très impor- tants dont les principaux sont les suivants : lacombustion est homogène, c'est-à-dire que dans un plan horizontal choisi à un niveau quelconque du foyer, la densité du combustible, la teneur en gaz carbonique et la teneur en oxygène sont cons- tants en tous les points ; on peut brûler toutes sortes de combustibles même en particules assez grosses de sorte que 1' opération de la pulvérisation est évitée ;
peut encore, sans inconvénient, employer des mélanges de particules de toutes dimensions; enfin, la combustion remplit la totalité du foyer de sorte que la production de chaleur par mètre-cube de chambre est maximum.-
En ce qui concerne la partie inférieure du foyer que l'on appellera "col", on distinguera deux cols :
1 ) le col matériel défini par la paroi elle-même et qui peut être réglable de toutes manières, par exemple, en faisant varier la pente de la paroi, ou par l'artifice d'un cône inverse réglable en hauteur ou en prolongeant plus ou moins loin ce tronc de cône matériel vers son sommet, par un dispositif régla- ble en marche.- @
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2 ) le col "d'air", qui peut être complètement indépendant du premier, si la paroi comporte des orifices plus ou moins homogènement répartis, par où l'air peut être insufflé, et si, la surface du cône matériel sur laquelle se fait cette introduction d'air est réglable en hauteur.-
De préférence, les sections du cône matériel et du col d'air seront réglables tous les deux et indépendamment l'une de l'autre.-
L'air peut être,
par partie, insufflé à d'autres niveaux, et en particulier avec le combustible. On pourra, au besoin, injecter outre l'air une partie des gaz de com- bustion repris en un point quelconque de l'installation.-
L'invention consiste notamment'à prévoir à la par- tie inférieure du foyer, une buse d'amenée d'air sous pres- sion avec un intervalle libre entre cette buse et les parois du foyer ; dans cet intervalle un courant d'air induit peut être entrainé et le système fonctionne alors à la façon d'un injecteur.
Grâce à cette disposition, le raclage des mâche- fers ou ringardage peut être effectué à l'entour de la buse et le long des parois du foyer ; plus, les mâchefers tombent librement dans l'intervalle prévu ; on peut par cet intervalle observer le fonctionnement du foyer afin de le régler.-
Dans un foyer du type exposé au début, il est intéressant de prévoir à la base une sorte de bouchon conique susceptible de modifier l'ouverture offerte au passage de l'air de combustion; de préférence, ce bouchon sera disposé de.façon que le sommet du cône, soit dirigé vers le haut.-
On peut encore modifier les dimensions de l'ou- verture d'entrée d'air prévu à la base du cône, par adjonc- tion à la suite de cette base de segments tronconiques mobiles;
en adoptant pour ces segments la même conicité que pour le foyer, on apporte aucune perturbation au fonctionnement et ceci est particulièrement important dans les foyers coniques du type offrant un angle de conicité petit et un grand rapport
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des sections des bases extrêmes.
Ceci permet donc de diminuer la surface de la petite base, et d'une façon générale, l'invention couvre le procédé qui consiste à déplacer la petit base ouverte sur le cône géométrique correspondant à la forme générale du foyer.-
L'invention couvre enfin, l'adjonction d'arrivée d' air à la base du foyer laquelle peut être constituée soit par des orifices plus ou moins nombreux et homogènement répartis sur les parois, soit par des fentes de largeur réglable, soit de toute autre façon.-
Les mâchefers peuvent être évacués, soit en grains, en-dessous de leur température de ramollissement, soit pâteux ou liquides :
1 ) en grains- ils se concentrent dans le foyer, et en fait, en certaines parties du foyer jusqu'à atteindre une telle proportion qu'on peut en faire une sorte de ponction, sans perte sensible par imbrulés.
Ainsi, les schistes tendront à se grouper vers la partie inférieure : il s'en fait une sorte de triage et ce procédé de suspension pneumatique homogène et asservie peut s appliquer à une opération d'épuration préalable à froid, procédé également revendiqué par l'inventeur. De même, un grain de charbon donne par sa combustion un grain de cendre beaucoup plus léger: les grains de cette provenance se grouperont vers la partie supérieure du foyer. On pourra favoriser la captation de ces poussières, en particulier par un effet de centrifugation dans la partie supérieure du foyer en donnant au courant gazeux, un mouvement tournant autour de l'axe du cône, par exemple, par injection tangeantielle d'air ou par des surfaces hélicoïdales fixées dans le foyer.
2 ) à l'état pâteux ou liquide- les graihs de mâchefers s'agglutinent entre eux, s'alourissent et descendent jusqu'à pouvoir franchir le col. Ou bien, ils se déposent sur la paroi forment un enduit qui descend très facilement le long de celle-ci, comme s'ils étaient entraînés par un tapis
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transporteur. De dépôt mince et poreux peut entraîner quelques grains incomplètement brûlés qui sont alors dans de bonnes conditions pour achever leur combustion dans cette descente à contre-courant d'air. En général et surtout si le calibre des grains est élevé le mâchefer ne descend bien qu'aussi bas que descend le feu, grâce au rayonnement inten- sif de celui-oi qui compense le refroidissement par le courant d'air frais.
Or, tant pour la simplicité du réglage que pour ne pas risquer d'imbrulés, on ne peut risquer de descendre le feu exactement jusqu'au col.-
Contre l'adhérence des mâchefers, on pourra adopter des solutions diverses : A) Water-Jacket, d'un modèle nouveau conique intérieurement, véritable foy&er intérieur à axe vertical et traversé par une série d'orifices permettant de réaliser le col d'air variable.B) Dispositif mécanique.
On aura, par exemple, une racle ou ringard susceptible de balayer les parois du foyer pour faire tomber les mâchefers; ce ringard est monté de préférence à l'extrémité d'une tige animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe du foyer; il est avantageux de prévoir ledit ringard de façon qu'il puisse tourner autour d'un axe horizontal en s'éloignant des parois lorsqu'il rencontre un obstacle trop résistant.-
On peut encore réaliser le ringardage au moyen d' un jet d'air comprimé envoyé tangentiellement à la base du foyer de sorte qu'il balaye les parois en tourbillonnant.-
L'invention consiste encore à donner aux parois latérales de ce foyer, dans sa partie inférieure, des mouvements relatifs qui déterminent la progression des mâchefers ;
de préférence, ces mouvements sont dirigés vers le bas de sorte qu'ils facilitent la descente de ces mâchefers.
Ceci peut être réalisé notamment en constituant les parois au moyen de barres animées de mouvement de va-et-vient ;
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est bon de combiner ce mouvement avec un mouvement d'oscil- lation, de telle sorte que les barres soient plus 'près de l'axe du foyer lorsqu'elles descendent que lorsqu'elles re- montent. -
Dans une autre forme de réalisation les parois sont formées par des tapis transporteurs sans fin; la surface de ces tapis peut être garnie d'éléments réfractaires.
Enfin, il peut être avantageux d'envoyer au travers de ces tapis une partie ou la totalité de l'air de combustion; le niveau d'introduction de cet air pourra être réglé par des rideaux disposés parallèlement au tapis.-
A titre d'exemple et pour faciliter l'intelligence de la présente description, on a représenté aux dessins annexés :
Fig.l : une vue schématique en coupe d'un foyer conforme l'invention; Fig.2 : une coupe verticale faite suivant l'axe de la partie inférieure d'un type de foyer;
Fig.3 : une coupe faite suivant la ligne II-II de la fig.l;
Fig.4 : une vue en coupe verticale d'un foyer à tapis transporteurs ; Fig.5 : une vue en plan au foyer de la fig.4; Fig.6 : ---------- coupe de la partie inférieure d'un foyer à barreaux mobiles;
Fig.7 :
une vue analogue à la fig.6, dans le cas d'un refroidissement par chemise d'eau.-
Dans le foyer, représenté à la fig.l, la chambre de combustion B a la forme d'un tronc de cône à axe ver- tical dont la pointe serait dirigée vers le bas. L'angle que font entre elles les parois c'est-à-dire l'angle du cône est de 24 ; le rapport des bases du tronc de cône est égal à 16. On envoie un courant d'air asoehdant dans le sens des flèches C, tandis que le combustible est fourni en F.- @
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Grâce aux dimensions adoptées, les parois épousent la forme divergente du courant d'air et le combustible reste en suspension stable jusqu'à ce qu'il soit complè- tement brûle.
La vitesse de l'air à la partie inférieure est suffisante pour ne pas laisser descendre les grains de charbon les plus lourds aussi longtemps que leur combustion n'en est pas achevée.- La vitesse des gaz à la partie supérieure est assez faible pour que les grains de charbon les plus petits et non encore brûlés ne soient pas entrainés plus loin, la force portante des gaz devenant alors trop faible pour compenser le poids d'un grain.
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En général, on observe que chaque grain de charbon oscille d'un mouvement rapide et désordonné autour d'un niveau moyen et essentiellement dans le sens vertical, grâce à cette oscillation, il se produit un renouvellement intense de l'air à la surface du grain et ceci favorise grandement la combustion.-
Les grains "a" étant animés d'un mouvement d'oscillation très rapide, ils bombardent les parois "b". Si l'on ouvre des orifices en des points judicieux de ces parois, par exemple à la partie supérieure et à la partie inférieure, une certaine quantité de mâchefers sortira par ces orifices;
les deux extrémités "d" et "e" du foyer par où entre l'air et sortent les gaz peuvent jouer en totalité ou en partie le rôle des orifices ci-dessus.- On peut également créer dans la chambre de combustion des zones mortes où l'on favorise la séparation des mâchefers et d'où l'on extrait ceux-ci.-
Le foyer représenté aux Fig. 2 et 3 comporte à sa base des parois réfractaires I, dispos,ées en tronc de cône.
Au centre de l'extrémité inférieure ouverte se trouve une buse B par laquelle sort, suivant la flèche 3 de l'air comprimé amené par le tuyau 4; ce dispositif agissant à la façon d'un injecteur entraine un courant d'air induit qui pénètre en 5 dans l'espace resté libre entre la buse b et les parois I du foyer.-
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Les mâchefers tombent librement dans cet intervalle où ils rencontrent un courant dtair ascendant qui les refroidit, de plus, grâce à un dispositif non représenté, le chauffeur peut examiner le fonctionnement du foyer par cet orifice.-
Le tuyau 4 supporte un manchon 6 sur lequel est montée une tige verticale 7. Une racle ou ringard 8, est réunie à l'extrémité de cette tige 7 par une articulation horizontale 9.
Grâce au dispositif d'engrenage 10, 11, la râcle 8 est animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe du foyer, de sorte qu'elle frotte contre la paroi inférieure et détache les mâchefers.- Ceux-ci tombent par l'ouverture libre ; toutefois, si quelques uns d'entre aux adhèrent trop fortement à la paroi, la râcle 8 s'écarte en pivotant autour de l'axe 9. Un dispositif non représenté permet de régler la racle dans le sens de la hauteur.-
Le tuyau 4 porte encore à son extrémité un bouchon tronconique 12; la fente ou conicité du tronc de cone est du même ordre de grandeur que celle des parois 1 du foyer, mais la pointe est dirigée en sens inverse; autrement dit, le sommet du cône serait à la partie supérieure.
En faisant monter ou descendre ce bouchon 12, on modifie les dimensions de 1' ouverture d'introduction de l'air tout en permettant le libre passage des mâchefers.-
Un jet d'air comprimé est envoyé par la base 13; celle-ci est disposée sensiblement tangentiellement par rapport à une ciroonférence horizontale ayant pour centre l'axe du foyer : suite, le jet d'air tourbillonne en balayant les parois et détache de celles-ci les résidus de la combustion.-
Dans les parois 1 du foyer, on a pérvu des ouvertures d'amenées d'air 14, 15, 16 ; en obturant plus ou moins ces ouvertures on fait varier la température à la base du foyer de la façon requise. Enfin, une autre entrée d'air a été prévue en 17; celle-ci est constituée par une fente horizontale de largeur réglable régnant autour de la
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paroi.
En abaissant par exemple, la partie inférieure 1 du f foyer, on augmente la largeur decette fente. D'autres fentes analogues peuvent être prévues à différents niveaux.-
On peut encore enlever complètement la totalité de la partie inférieure 1 avec ses accessoires, de sorte qu'il resterait en 17 à la base du foyer tronconique, une ouverture de très grande largeur. D'une féçon générale, on peut prévoir à la place de la partie 1 une construction ayant la même forme générale, mais formée de plusieurs segments superposés ; en enlevant successivement les dits segments, on augmente la section de l'extrémité inférieure ouverte sans modifier la conicité du foyer.
Les segments peuvent être portés par des bras pivotant indépendamment autour d'un axe vertical.-
Il y a lieu de noter ¯qu'en déplaçant les segments comme il est indiqué ci-dessus, on provoque la dislocation des mâchefers adhérents aux parois. Ce procédé peut être employé d'une façon générale;
c'est-à-dire qu'on peut construire les parois en plusieurs pièces mobiles les unes par rapport aux autres et l'on provoque la chute des mâchefers en donnant aux dites pièces des mouvements relatifs.-
Le foyer représenté aux figures 4 et 5, comporte à sa partie inférieure, deux tapis transporteurs 21, 22, qui se déplacent dans le sens de la flèche 23, en tournant autour des axes 24, 25, 26, 27, ces tapis sont formés d'éléments en matériaux réfractaires articulés les uns aux autres. La partie du tapis qui se trouve à l'intérieur du four, à un instant donné, prolonge vers le bas les parois 28,29 du foyer; toutefois, on peut modifier l'ouverture d'évacuation 30 restant à la base, et il suffit pour cela de faire pivoter les tapis autour des axes 24, 25.
En moyenne, la pente du tapis, etest-à-dire l'angle qu'il fait avec la verticale, sera de 10 à 25 . On envoie de l'air dans le sens des flèches 31 et cet air gagne le foyer en passant entre les éléments des tapis : cependant, un rideau 32 limite vers le haut le niveau d'
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introduction d'air; on peut faire varier ce niveau en déplaçant le rideau 32 autour des axes 24, 25.-
Dans certaines conditions de marche que l'on juge préférables, une partie du mâchefer se forme en un revêtement pâteux sur les parois 28,29; l'autre partie tombant directement par le col sans toucher la paroi; ce revêtement descend lentement en sens inverse du courant d'air de combustion qui ralentit cette descente; pendant ce temps, des grains de charbon viennent se coller sur ce mâchefer pâteux;
ils descendent avec lui et rencontrent le courant d'air ascendant qui provoque leur combustion. D'ailleurs, la masse descendante est généralement spongieuse de sorte que l'air circule bien autour des grains et ceux-ci ne risquent pas d'être enrobés sans brûler.-
Lorsque le mâchefer approche de la base du foyer, sa consistance augmente par suite de la diminution de la température due principalement au fait qu'on ne peut faire descendre le feu constitué par les grains incandescents jusqu'à l'extrémité inférieure du foyer, ceci afin d'éviter la chute d'imbrûlés; il en résulte que la progression du mâchefer se ralentit; toutefois, il rencontre alors les tapis transporteurs 21, 22 et ceux-ci assurent la continuité de la progression;
ils évitent donc que les mâchefers s' accumulent à l'entrée. De plus, les mouvements relatifs des éléments constituant chaque tapis, assurent la dislocation des mâchefers et leur chute.-
Cette disposition assure une grande souplesse de fonctionnement et facilite la conduite des foyers de ce type. Elle permet notamment d'introduire la quantité désirée d'air de combustion tout en donnant à l'orifice 30 de sortie des mâchefers une très petite section, donc de réaliser des allures très ralenties tout en conservant exclusivement le principe de la suspension pneumatique.-
Dans l'exemple représenté à la figure 6, la partie inférieure du foyer est constitué par des éléments 33
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en forme de barres, qui convergent sensiblement vers le sommet du cône forme par les parois 34 du foyer.
Ces barres sont animées de mouvements de va-et-vient, grâce au dispositif suivant : chaque barre porte à sa partie supérieure une douille 35 qui peut coulisser sur une tige 36 située en arrière; de plus, la partie inférieure est munie d'un bras 37 qui peut être actionné au moyen d'un excentrique 38 tournant dans le sens de la flèche 40.
Sols l'action de la rotation de l'arbre 39, la barre 33 accomplit un mouvement alternatif oscillant; il en est de même pour les autres barres, avec cette particularité qu'un groupe de barres monte tandis que les autres barres, intercalées entre les premières, descendent; en effet, les excentriques tournent dans le même sens, mais ils sont décalés de 180 les uns par rapport aux autres ; sorte que le mouvement vertical d'une barre est dirigé en sens inverse de celui de ses voisi&nes. Le mouvement alternatif de va-et-vient des barres facilite la dislocation des mâchefers; de plus, le léger mouvement d'oscillation causé par l'excentrique aide à la descente des dits mâchefers;
en effet, grâce au sens de rotation de l'excentrique, les barres descendent en se rapprochant de l'axe du foyer et remontent en s'éloignant de cet axe, ce qui facilite la descente du mâchefer.-
Enfin, la figure 7 montre la partie inférieure d'un foyer comportant à sa base une chemise d'eau 41 ; l'eau arrive en 42 et s'échappe en 43 après avoir convenablement refroidi les parois; grâce à ce refroidissement les mâchefers n'adhèrent pas aux parois et tombent librement par l'ouverture centrale 44. -
Une quantité d'air supplémentaire est introduit par les orifices 45 prévus dans la paroi ; aumoyen des rideaux 46, analogues aux rideaux 32 de la fig.4, on règle le niveau où commence cette introduction d'air.-
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PATENT OF INTENTION @ NEW PNEULIATOUS SUSPENSION COMBUSTION PROCESS BY FIRE CONE, by Louis STOUFF.
The present invention relates to improvements to fireplaces using particulate fuels and it allows in particular in one of its embodiments, the use of fuels containing grains whose dimensions vary from 0 to 30 mm.
According to one characteristic of the invention, the hearth is of the type in the form of a vertical tank crossed by an ascending air current and it is characterized by the fact that this air current is given a progressively decreasing speed from the bottom upstairs in a room marrying the divergent shape of this air current.
Preferably
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the angle must be all the smaller the greater the density of the fuel or the diameter of the largest particles; in general, this angle should normally be around 25 degrees for an average fuel. -
On the other hand, the ratio of the surfaces of the bases or end orifices of entry and exit may not be less than approximately 15; the greater the density of the fuel and the larger the diameter of the larger particles, it should be. In general, this ratio will reach at least 100 to 200 ...
According to the above arrangement, the hearth has the form of a divergent duct or diffuser without abrupt variation of section, so that the gases flow without vortex, and in a straight section the speed is substantially the same in all dots. Thanks to this arrangement, very important technical advantages are obtained, the main ones of which are as follows: the combustion is homogeneous, that is to say that in a horizontal plane chosen at any level of the hearth, the density of the fuel, the carbon dioxide content and the oxygen content are constant at all points; all kinds of fuels can be burnt even in large enough particles so that the spraying operation is avoided;
can also, without inconvenience, use mixtures of particles of all sizes; finally, the combustion fills the whole of the hearth so that the production of heat per cubic meter of room is maximum.
With regard to the lower part of the hearth which we will call "neck", we will distinguish two necks:
1) the material neck defined by the wall itself and which can be adjustable in any way, for example, by varying the slope of the wall, or by the device of an inverse cone adjustable in height or by extending more or less far from this material truncated cone towards its summit, by an adjustable device in operation.
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2) the "air" neck, which can be completely independent of the first, if the wall has more or less evenly distributed orifices, through which air can be blown in, and if, the surface of the material cone on which is made this air introduction is adjustable in height.
Preferably, the sections of the material cone and the air neck will both be adjustable and independently of each other.
Air can be,
by part, blown to other levels, and in particular with fuel. If necessary, part of the combustion gases taken up at any point in the installation can be injected in addition to the air.
The invention consists in particular of providing at the lower part of the hearth, a nozzle for supplying pressurized air with a free space between this nozzle and the walls of the hearth; in this interval an induced air current can be entrained and the system then operates like an injector.
Thanks to this arrangement, the scraping of bottom ash or ringing can be carried out around the nozzle and along the walls of the hearth; more, the bottom ash falls freely in the expected interval; through this interval we can observe the operation of the fireplace in order to adjust it.
In a fireplace of the type described at the beginning, it is advantageous to provide at the base a kind of conical plug capable of modifying the opening offered to the passage of the combustion air; preferably, this plug will be arranged so that the top of the cone is directed upwards.
It is also possible to modify the dimensions of the air inlet opening provided at the base of the cone, by adding, after this base, movable frustoconical segments;
by adopting for these segments the same taper as for the focus, no disturbance is brought to operation and this is particularly important in conical foci of the type offering a small taper angle and a large ratio
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sections of the extreme bases.
This therefore makes it possible to reduce the surface area of the small base, and in general, the invention covers the process which consists in moving the small open base on the geometric cone corresponding to the general shape of the fireplace.
The invention finally covers the addition of air inlet at the base of the hearth which can be constituted either by more or less numerous orifices and homogeneously distributed on the walls, or by slots of adjustable width, or of any other way.-
Bottom ash can be discharged, either in grains, below their softening temperature, or pasty or liquid:
1) in grains - they concentrate in the hearth, and in fact, in certain parts of the hearth until reaching such a proportion that one can make a kind of puncture, without appreciable loss by unburnt.
Thus, the shales will tend to group together towards the lower part: a sort of sorting is made and this method of homogeneous and controlled pneumatic suspension can be applied to a prior cold purification operation, a method also claimed by the inventor. In the same way, a grain of coal gives by its combustion a grain of ash much lighter: the grains of this origin will be grouped towards the upper part of the hearth. It will be possible to promote the capture of this dust, in particular by a centrifugation effect in the upper part of the hearth by giving the gas current a rotating movement around the axis of the cone, for example, by tangential injection of air or by helical surfaces fixed in the hearth.
2) in the pasty or liquid state - the bottom ash grapes agglutinate between them, become heavy and descend until they can cross the neck. Or, they are deposited on the wall forming a coating which descends very easily along it, as if they were carried by a carpet
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carrier. Thin and porous deposit can cause some incompletely burnt grains which are then in good conditions to complete their combustion in this descent against the air current. In general and especially if the grain size is high, the clinker does not descend as low as the fire goes, thanks to the intense radiation of the fire which compensates for the cooling by the current of fresh air.
However, both for the simplicity of the adjustment and not to risk any unburnt material, we cannot risk lowering the fire exactly to the pass.
Against the adhesion of the bottom ash, we can adopt various solutions: A) Water-Jacket, of a new model conical internally, true interior hearth with vertical axis and crossed by a series of orifices allowing to realize the air neck variable.B) Mechanical device.
We will have, for example, a scraper or old-fashioned capable of sweeping the walls of the hearth to make the bottom ash fall; this corny is preferably mounted at the end of a rod driven by a rotational movement around the axis of the hearth; it is advantageous to provide said tacky so that it can rotate around a horizontal axis away from the walls when it encounters a too strong obstacle.
We can still carry out the ringing by means of a jet of compressed air sent tangentially to the base of the hearth so that it sweeps the walls in a whirl.
The invention also consists in giving the side walls of this hearth, in its lower part, relative movements which determine the progression of the bottom ash;
preferably, these movements are directed downwards so that they facilitate the descent of these bottom ash.
This can be achieved in particular by constituting the walls by means of bars moving back and forth;
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It is good to combine this movement with an oscillating movement, so that the bars are closer to the axis of the focus as they descend than when they rise. -
In another embodiment the walls are formed by endless conveyor belts; the surface of these mats can be lined with refractory elements.
Finally, it may be advantageous to send some or all of the combustion air through these belts; the level of introduction of this air can be regulated by curtains arranged parallel to the carpet.
By way of example and to facilitate understanding of the present description, the accompanying drawings have been shown:
Fig.l: a schematic sectional view of a fireplace according to the invention; Fig. 2: a vertical section taken along the axis of the lower part of a type of fireplace;
Fig.3: a section taken along line II-II of fig.l;
Fig.4: a vertical sectional view of a hearth with conveyor belts; Fig.5: a plan view at the focus of Fig.4; Fig.6: ---------- section of the lower part of a fireplace with movable bars;
Fig. 7:
a view similar to fig. 6, in the case of cooling by water jacket.
In the hearth, shown in fig.l, the combustion chamber B has the shape of a truncated cone with a vertical axis, the point of which is directed downwards. The angle between the walls, that is to say the angle of the cone, is 24; the ratio of the bases of the truncated cone is equal to 16. A stream of asoehdant air is sent in the direction of the arrows C, while the fuel is supplied at F.- @
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Thanks to the dimensions adopted, the walls follow the divergent shape of the air stream and the fuel remains in stable suspension until it is completely burned.
The air velocity at the lower part is sufficient not to let the heaviest grains of coal descend as long as their combustion is not completed - The speed of the gases at the upper part is low enough so that the smallest and not yet burnt grains of coal are not carried away further, the load-bearing force of the gases then becoming too weak to compensate for the weight of a grain.
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In general, it is observed that each grain of coal oscillates with a rapid and disorderly movement around an average level and essentially in the vertical direction, thanks to this oscillation, there is an intense renewal of the air at the surface of the grain and this greatly promotes combustion.
The grains "a" being animated by a very rapid oscillation movement, they bombard the walls "b". If we open orifices at judicious points of these walls, for example at the upper part and at the lower part, a certain quantity of bottom ash will come out through these orifices;
the two ends "d" and "e" of the hearth through which the air enters and the gases exit can play in whole or in part the role of the orifices above.- Dead zones can also be created in the combustion chamber where the separation of bottom ash is favored and from where they are extracted.
The focus shown in Figs. 2 and 3 has at its base refractory walls I, arranged in a truncated cone.
In the center of the open lower end there is a nozzle B through which comes out, following the arrow 3, the compressed air supplied by the pipe 4; this device acting like an injector causes an induced air current which penetrates at 5 into the space which remains free between the nozzle b and the walls I of the hearth.
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The bottom ash falls freely in this interval where they encounter an ascending air current which cools them, moreover, thanks to a device not shown, the driver can examine the operation of the hearth through this orifice.
The pipe 4 supports a sleeve 6 on which is mounted a vertical rod 7. A scraper or ring 8, is joined at the end of this rod 7 by a horizontal joint 9.
Thanks to the gear device 10, 11, the scraper 8 is driven in a rotational movement around the axis of the hearth, so that it rubs against the bottom wall and detaches the bottom ash. free opening; however, if some of them adhere too strongly to the wall, the scraper 8 moves away by pivoting around the axis 9. A device, not shown, allows the scraper to be adjusted in the direction of the height.
The pipe 4 also carries at its end a frustoconical plug 12; the slit or conicity of the truncated cone is of the same order of magnitude as that of the walls 1 of the hearth, but the point is directed in the opposite direction; that is, the top of the cone would be at the top.
By moving this plug 12 up or down, the dimensions of the air inlet opening are modified while allowing the free passage of the bottom ash.
A jet of compressed air is sent through the base 13; this one is arranged approximately tangentially with respect to a horizontal circumference having for center the axis of the hearth: continuation, the jet of air swirls while sweeping the walls and detaches therefrom the residues of combustion.
In the walls 1 of the fireplace, air supply openings 14, 15, 16 were pervu; by closing these openings more or less, the temperature at the base of the fireplace is varied as required. Finally, another air inlet has been provided at 17; this consists of a horizontal slot of adjustable width reigning around the
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wall.
By lowering, for example, the lower part 1 of the f hearth, the width of this slot is increased. Other similar slots can be provided at different levels.
It is still possible to completely remove the whole of the lower part 1 with its accessories, so that there would remain at 17 at the base of the tapered hearth, an opening of very large width. In general, one can provide instead of part 1 a construction having the same general shape, but formed of several superimposed segments; by successively removing said segments, the section of the open lower end is increased without modifying the taper of the focus.
The segments can be carried by arms which pivot independently around a vertical axis.
It should be noted that by moving the segments as indicated above, the bottom ash adhering to the walls is dislocated. This process can be used in general;
that is to say that the walls can be built in several moving parts relative to each other and the bottom ash is caused to fall by giving the said parts relative movements.
The hearth shown in Figures 4 and 5, has at its lower part, two conveyor belts 21, 22, which move in the direction of arrow 23, rotating around the axes 24, 25, 26, 27, these belts are formed elements of refractory materials articulated to each other. The part of the carpet which is inside the oven, at a given moment, extends down the walls 28,29 of the hearth; however, it is possible to modify the discharge opening 30 remaining at the base, and it suffices for this to pivot the belts around the axes 24, 25.
On average, the slope of the carpet, andis, the angle it makes with the vertical, will be 10 to 25. Air is sent in the direction of the arrows 31 and this air reaches the hearth passing between the elements of the carpets: however, a curtain 32 upwards limits the level of
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introduction of air; this level can be varied by moving the curtain 32 around the axes 24, 25.-
Under certain walking conditions which are deemed preferable, some of the clinker forms a pasty coating on the walls 28,29; the other part falling directly through the neck without touching the wall; this coating descends slowly in the opposite direction to the flow of combustion air which slows down this descent; during this time, grains of coal stick to this pasty clinker;
they descend with it and meet the ascending air current which causes their combustion. Moreover, the descending mass is generally spongy so that the air circulates well around the grains and they are not likely to be coated without burning.
When the clinker approaches the base of the hearth, its consistency increases as a result of the decrease in temperature, mainly due to the fact that the fire formed by the incandescent grains cannot be lowered to the lower end of the hearth, this in order to avoid the fall of the unburnt; as a result, the progress of the clinker slows down; however, it then meets the conveyor belts 21, 22 and these ensure the continuity of the progression;
they therefore prevent the bottom ash from accumulating at the entrance. In addition, the relative movements of the elements constituting each mat, ensure the dislocation of the bottom ash and their fall.
This arrangement ensures great flexibility of operation and facilitates the operation of such fires. It makes it possible in particular to introduce the desired quantity of combustion air while giving the bottom ash outlet orifice 30 a very small section, therefore to achieve very slow speeds while exclusively maintaining the principle of pneumatic suspension.
In the example shown in Figure 6, the lower part of the fireplace is formed by elements 33
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in the form of bars, which converge substantially towards the top of the cone formed by the walls 34 of the hearth.
These bars are animated back and forth movements, thanks to the following device: each bar carries at its upper part a sleeve 35 which can slide on a rod 36 located behind it; in addition, the lower part is provided with an arm 37 which can be actuated by means of an eccentric 38 rotating in the direction of arrow 40.
Under the action of the rotation of the shaft 39, the bar 33 performs an oscillating reciprocating movement; it is the same for the other bars, with this particularity that a group of bars goes up while the other bars, inserted between the first, go down; in fact, the eccentrics turn in the same direction, but they are offset by 180 with respect to each other; so that the vertical movement of a bar is directed in the opposite direction to that of its neighbors. The reciprocating back and forth movement of the bars facilitates the dislocation of the bottom ash; in addition, the slight oscillating movement caused by the eccentric helps in the descent of said bottom ash;
in fact, thanks to the direction of rotation of the eccentric, the bars go down by approaching the axis of the hearth and go up by moving away from this axis, which facilitates the descent of the clinker.
Finally, FIG. 7 shows the lower part of a hearth comprising at its base a water jacket 41; the water arrives at 42 and escapes at 43 after having suitably cooled the walls; thanks to this cooling, the bottom ash does not adhere to the walls and falls freely through the central opening 44. -
An additional quantity of air is introduced through the orifices 45 provided in the wall; by means of the curtains 46, similar to the curtains 32 of fig. 4, the level at which this introduction of air begins.