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Circuit des gaz chauffants.pour chaudières chauffage direct
L'invention a pour objet des chaudières destinées particulièrement à être utilisées dans des ins- tallations industrielles et consiste en certains perfec- tionnements dans la construction de ces chaudières.
Dans le brevet des Etats-Unis n 2.376.140 du 15 Mai 1945, on a décrit une chaudière du type pour lequel les perfectionnements suivant l'invention sont particulièrement utiles.
La chaudière décrite dans ce brevet comprend une chambre de combustion placée à-l'intérieur d'une enve-
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loppe, mais sans contact avec ses parois.Eu combustible est brûle dans la chambre de combustion ct les groduite de la combustion se rendent de cette chambre à '-;CE: orifices de sortie, en traversant des tubes échangeursde tempéra- ture. Ces tubes communiquent à -une extrémité avec l'inté- rieur de la chambre de combustion et, à l'extrémité opposée, avec la sortie des gaz.
Ils peuvent être disposés de manière à passer soit au-dessus soit au-dessous de la chambre de combustion et dans l'espace qui sépare les parois de la chambre de com- bustion et la paroi extérieure. Un ou plusieurs ventila- teurs servent à faire circuler l'air dans ces espaces entre la chambr.e de combustion et l'enveloppe externe vers les orifices de sortie.Les filets d'air qui lèchent les surfaces externes chaudes des tubes échangeursde tempéra- ture et de la chambre de combustion sont chauffés au degré voulu et, après être sortis par ces ouvertures, servent à chauffer des locaux (usines,magasins, etc...).
Dans la mise en oeuvre de cette chaudière, l'in- venteur a réalisé certains perfectionnements en ce qui concerne la construction de la chambre de combustion en elle-même. En outre, certains avantages ont été obtenus par une nouvelle disposition de plusieurs séries ou jeux de tubes échangeurs de température et de collecteurs situés à l'extérieur de la chambre de combustion mais l'intérieur de l'enveloppe de la chaudière, en combinaison avec un carneau et un ventilateur éjecteur formant un ensemble monté sur la paroi externe de l'enveloppe.Le fonctionnement et la construction de la chambre de combustion font l'objet d'un brevet français déposé le même jour au même nom pour: Chaudière à chauffage direct".
Le présent brevet est des- tiné à protéger la disposition des tubes échangeurs,des collecteurs et du ventilateur éjecteur.
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L'invention sera mieux comprise en se référant aux dessins annexés sur lesquels on a représenté une chau- dière suivant l'invention.
La figure I est une vue de la chaudière en éléva- tion, en supposant la paroi de l'enveloppe externe enlevée pour montrer les détails de la partie interne.
La figure 2 est une coupe par II-II figure 1;
La figure 3 est une coupe partielle montrant Un détail à plus grande échelle, en coupe III-III figure I, un brûleur particulier représenté figure I étant supprimé par la figure 3.
La figure 4 est une vue de la chaudière en bout', depuis la droite de la figure I mais sans le brûleur et avec .la porte dans laquelle le brûleur est monté vue en élévation.
La figure 5 est une vue partielle en perspective de la partie de la chambre de combustion construite en tôle.
La figure 6 est une coupe horizontale par VI-VI figure 5.
La figure 7 est une coupe verticale par VII-VII figure 6.
La figure 8 est une perspective partielle des bords voisins des tôles ondulées au sommet de la chambre de combustion avec le fer cornière que l'on utilise pour réunir les tôles prêts à être assemblés.
La figure 9 est une vue en coupe à grande échelle de l'asemblage.
La figure 10 est une vue partielle des tôles réunies en élévation.
La figure II est une vue correspondant à la figure 10 d'une variante.
En se reportant aux dessins, on voit en 2 la chambre de combustion disposée à l'intérieurdes parois latérales 3
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4, et des parois extrêmes 5,6 de l'enveloppe externe, mais à distance de ces parois. Par ailleurs, on peut considérer que la chaudière est construite suivant les brevets français mentionnés plus haut. Sur la figure I, la paroi latérale 3 (figure 2) est enlevée pour montrer la chambre de combus- tion et l'intérieur de l'enveloppe.
Dans ce cas; on supposera que la chaudière est alimentée à l'huile ou au gaz et qu'un brûleur 7 est disposé pour amener à travers une ouverture. 8 dans la paroi 6 de l'enveloppe et une ouverture 9 dans la paroi corres- pondante de la chambre de combustion, un mélange de combus- tible et d'air. La chambre de combustion a une forme d'auget en coupe verticale (figure 2) et la colonne en combustion est dirigée longitudinalement dans la chambre.
Lorsque la colonne en combustion arrive u voisinage de la paroi de la chambre opposée à celle dans laquelle se trouve le brûleur, les flammes et les gaz chauds s'élèvent et circulent en sens inverse le long des parois supérieures de la chambre, après quoi ils se rabattent vers le bas dans des passages 10 formés à l'extrémité où se trouve le brûleur en inclinant le revêtement réfractaire II vers l'intérieur vers le brûleur.
De ces passages 10, les gaz chauds passent à travers une ouverture 12 dans le fond de la chambre de combustion pour se rendre dans un collecteur 13 d'ou ils passent à travers une rangée supérieure de tubes échangeurs 14, un collecteur 15, une rangée inférieure de tube 16 et un carneau 17 pour aboutir à un ventilateur 13 qui les envoie dans l'atmosphère ou dans une cheminée(non représen- tée) . Le carneau contient un volet 19 qui permet de régler l'action du ventilateur suivant les besoins.
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Dans le fond de l'enveloppe extérieure de la chaudière est prévu un dispositif'de ventilateurs (trois ventilateurs 20 dans 1'.exemple représenté) dont les rotors sont calés sur un arbre commun 21 actionné par un moteur 'électrique 22. Ces ventilateurs aspirent l'air dans l'at- mosphère et l'envoient dans le bas de l'enveloppe et,de là, vers le haut à travers les séries de tubes 14 et 16. Des plaquer métalliques 23,24 formant un entonnoir renversé limitent les courants d'air jusqu'à ce qu'ils passent entre et sur les surfaces chauffées des tubes échangeurs.On remarquera dans la figure 1 que la partie supérieure de la plaque 23 est représentée avec un arrachement pour plus de clarté.
Lorsqu'il quitte les tubes échangeurs, le courant d'air vient heurter le bas de la chambre de combustion.2 s'écarte an contact avec elle, s'élève à travers les pas- sages verticaux limités par les parois chaudes de la cham- bre de combustion et les parois 3,4,5, et 6 de l'enveloppe externe.
A la partie supérieure de l'appareil, l'air chaud s'échappe à travers des bouches 25 munies de lames de persiennes pour pénétrer dans le local à chauffer,
Les parois latérales et le fond de la partie infé- rieure ,en forme d'auget, de la chambre de combustion ;2 allongée horizontalement sont formées d'une tôle lisse 26 et les parois latérales de la partie supérieure de cette chambre sont formées de tôles ondulées 27,28 ces tôles ondulées étant recourbées vers l'intérieur et réunies par un assemblage 29 pour former le sommet de la chambre de combustion,Les bords inférieurs des tôles ondulées 27 et 28 sont réunie., par exemple en 30 et 31, aux bords de la tôle lisse 26 et aux deux côtés de la chambre de combustion.Les parois opposées 32 et 33 de la chambre de combustion sont, dans ce cas,
formées de tôle lisse coupée de façon à s'adap- ter à la section transversale de la chambre de combustion.
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Sur les bords de ces parois extïmes, on fixe l'assemblage de tôles lises et ondulées, par exemple par soudure.Sur les surfaces internes des parois en tôle lisse de la partie infé- rieure,en auget, de la chambre de combustion;, on moule, sé- che et solidifie le revêtenent II de matière plastique ré- fractaire. A l'extrémité de la chambre qui contient le brû- leur, le revêtement réfractaire est incliné en s'écartant des parois latérales de la chambre vers l'orifice 9 du brû- leur pour former les ages 10 qui conduisent vers le bas les produits de la combustion, de part et d'autre du jet in- jecté de combustible et d'air dans le collecteur 13.
Il est avantageux de continuer le revêtement II vers le haut;, comme on le voit en 34, à une distance appréciable au-dessus des joints ou lignes de jonction 30,31 des tôles lisses et onûu- lées,car il est importantde remarquer que des crochets ou griffes IIa (figure 2) sont fixés, par exemple par soudure, aux parties des tôles recouvertes de réfractaire peur former, en des points convenablement répartis de la surface de ces parois, un ancrage de la matière réfractaire au métal.
Les parois extrêmes et les parois latérales ondulées de la chambre sont munies de plaques déflectrices 3536 de façon à donner une turbulence aux courants d'air qui s'élèvent en balayant les surfaces extérieur s chauffées de la chambre et pour assurer un contact plus intime de l'air avec les surfaces chaudes et,, par suite, un meilleur échange thermique. De tels déflecteurs sont déjà prévus dans le brevet des Etats-Unis 2.115.057 du 26 avril 1938.
En examinant les figures 5 à 7,on voit que chaque joint 30 et 31 par lequel les bords Inférieurs des tôles ondulées 27,28 sont réunis aux bords supérieursdes tôles 26, le long des deux côtés de la chambre de combustion, comprend un rebord 37 perpendiculaire à chaque bord de la tôle 26. Le rebord 37 se prolonge horizontalement le long du
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côté de la chambre et, dans l'exemple représenté, est obtenu en pliant vers l'extérieur l'extrême bord de la tôle 26.
Cependant on comprendra, que l'on-peut souder un fer cornière au bord extrême de la tôle en obtenant le même résultat.Ce rebord horizontal a une longueur au moins égale à l'épaisseur totale de la tôle ondulée et le bord inférieur de cette tôle ondulée est coupé d'équerre ou à peu près de manière à bien s'adapter sur la face supérieure du rebord. L'assemblage s'effectue en soudant le bord de la tôle ondulée suivant tous ses méandres au corps du rebord. De cette façon, les tôles ondulées 27,28 sont solidement réunies à la tôle lisse 26.
Au sommet de la chambre de combustion,les bords supérieurs des tôles sont coupés perpendiculairement aux plans généraux de ces tôles, ou à peu près. Une certaine longueur d'un fer laminé, ici un fer cornière 38,est mise en placé dans l'intervalle laissé libre entre les bords ondulés des tôles, les deux ailes du fer 38 venant s'appli- quer contre ces bords et y étant soudées. L'angle de ces ailes est complémentaire de l'angle de convergence des tôles, comme on le verra sur les figures 8 à 10,Après réunion des tôles avec le fer cornière 38, les parties des ailes de ce fer qui se trouvent en face des creux des ondulations peuvent être enlevées, en laissant ces creux libres, comme on le voit figure II.
Ce dernier perfectionne- ment peut être utile dans certains types de chaudières.
La présente invention est plus particulièrement destinée à protéger les dispositifsqui vont être décrits ci-après:
Deux ou plusieurs séries ou jeux de tubes échan- geurs de chaleur ,14 et 16 et des collecteurs 13 et 15 placés à l'extérieur de la chambre de combustion 2 mais
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à l'intérieur de l'enveloppe externe de la chaudière, ainsi que la disposition complémentaire du carneau 17 et du ventilateur 18 qui, eux, tonnent un ensemble placé sur la paroi externe de l'enveloppe. Il est important denoter que la carneau 17 forme un collecteur pour l'extrémité de sortie du second jeu de tubes échangeurs 16.
Le ventilateur 18 est monté immédiatement sur la paroi de cet ensemble collecteur-carneau 17.Il est placé avec son rotor en alignement axial avec l'arbre 21 qui porte les rotors des ventilateurs d'air 20 à l'intérieur del'enveloppeexterne de la chaudière.
L'arbre 21 se continue par une partie de diamètre réduit qui traverse vers l'extérieur la paroi de l'enveloppe et supporte le rotor du ventilateur- extracteur 18.Par suite, tous les ventilateurs que comporte la chau- dière : les ventilateurs d'air, et le ventilateur extracteur des-gaz de combustion, sont actionnes par un arbre unique 21 entraînée par courroie ou par engrenages, par un moteur unique 2.' On voit donc le grand avantagerai résulte en pratique de ce que le ventilateur- extracteur se trouve placé sur la paroi de l'ensemble collecteur-carneau 17.
Cet avantage peut d'ailleuB être obtenu non seulement dans les chaudières dont les bouches d'air sont placées à la partie supérieure de la chaudière, mais dans un grand nombre 'd'autres typesde chaudières, pareemple dans les chaudières décrites dans les brevets mentionnes plus haut.
On remarquera que la paroi transversale en forme de V disposée en travers de la chambre de combustion, à l'extrémité opposée au brûleur pour recevoir le choc des flammes projetées par le brûleur, d'après le brevet français pour "Periectionnements à la construction des chaudières pour chauffage direct"., mentionné plus haut disparait
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dans la disposition conforme au présent brevet. En outre, la porte de service et 'de visite 40 est de préférence placée dans la paroi antérieure plutôt que dans la paroi posté- rieure de la chaudière.
Le circuit des flammes et des gaz chauds de la combustion qui est dirigé tout d'abord suivant un trajet deux fois coudé dans la chambre de combustion puis à travers deux jeux successifs de tubes échangeurs -donne lieu au ren- damant thermique élevé de la chaudière qui vient d'être dé- crite.Plus particulièrement,le brûleur 7 envoie une colonne enflammée, de combustible et d'air longitudinalement dans la partie réfractaire, en forme d'auget, de la chambre de combustion.
Il y a lieu de remarquer ici que la partie réfractaire en forme d'auget de cette chambre peut être formée dans un métal résistant à la chaleur sans nécessiter de revêtement plastique réfractaire ',II.En approchant de l'extrémité opposé de la partie inférieure réfractaire formant boite à feu de la chambre de combustion, les flammes et les gaz chauds s'infléchissent vers le haut et circulent en sens inverse, en contact intime'avec les parois supérieu- res conductrices de la chambre de combustion puis, atteignant l'extrémité de cette chambre dans laquelle se trouve le brûleur,les flammes et les gaz sont défléchis vers le bas en un courant qui se divise dans les deux espaces 10 placés de part et d'autre du jet de flammes sortant du brûleur 7, En quittant les espaces' 10,
les flammes et ies produits de la combustion entrent dans le collecteur 13 et passent dans la série supérieure de tubes échangeurs 14 puis dans le collecteur 15 et enfin dans la série inférieure de tubes 16 pour aboutir à l'ensemble collecteur-carneau 17.
Ce circuit des flammes et gaz chauds est produit par l'action du ventilateur- extracteur 18, action qui peut être réglée en agissant à la main sur le volet 19.On voit donc que
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les flammes et (ou les gaz chauds) circulent selon deux parcours généraux horizontaux à l'intérieur de la cahmbre de combustion 2, après quoi ils circulent d'abord dans une direction horizontale puis dans la direction horizontale opposée à travers une succession de série ou jeux de tubes échangeurs pour arriver à un ensemble:carneau-ventilateur.
Ce circuit des flammes et gaz chauds tout d'abord dans la chambre de combustion., puis dans les diverses séries de tubes échangeurs., en combinaison avec le passage de l'air d'abord sur les surfaces extérieures des diverses séries de tubes puis le long des surfaces externes des parois de la chambre de combustion donne lieu à un rendement dans l'échan ge thermique qui approche pratiquement de l'idéal.
Il y a lieu de noter'que la circulation d'aire a lieu dans une di- rection transversale aux divers trajets horizontaux succes- sifs des flammes et des gaz chauds(c'est-à-dire verticale- ment),
Dans tout ce qui précele, on a supposé que le fluide chauffé à son pusage sur les parois externes des tubes échangeurs et de la chambre de combustion était de l'air: mais on peut utiliser à cet effet d'autres fluides.
En outre, il doit,être entendu que l'invention n'est pas limitée aux dispositifs et formes d'appreils décrits et représentés,mais que l'on pourrait s'en écarter sans sortir pour cela de l'esprit de l'invention.