Chaudière à foyer cylindrique La présente invention a pour objet une chaudière à foyer cylindrique et chemise d'eau concentrique.
Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte deux brûleurs disposés face à face, chacun à une extrémité du foyer cylindrique, et au moins deux chemises d'eau dis posées concentriquement autour du foyer et délimitant entre elles un espace de section annulaire, la chemise d'eau adjacente au foyer comportant au moins un passage pour faire communiquer le foyer et ledit espace de sec tion annulaire.
Dans un mode de réalisation l'anneau d'eau le plus proche du foyer peut être réalisé sous la forme de deux demi-anneaux, disposés dans le prolongement l'un et l'autre et séparés par un intervalle axial constituant ledit passage.
Dans un autre mode de réalisation, la chemise d'eau adjacente au foyer peut être réalisée en deux par ties, c'est dans cette zone de turbulence que se trouve l'intervalle annulaire séparant les deux demi-anneaux, in tervalle par lequel les gaz chauds peuvent passer du foyer dans l'espace annulaire compris entre l'anneau d'eau interne et l'anneau concentrique adjacent.
La description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé, décrit uniquement à titre d'exemple une forme d'exécution particulière de la chaudière objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale de la chaudière de cette forme d'exécution ; la fig. 2 est une vue en coupe de cette chaudière sui vant la ligne 2-2 de la fig. 1.
On a représenté au dessin d'une manière quelque peu simplifiée, une chaudière qui comprend une enveloppe ou jaquette cylindrique 1 d'axe X-X reposant sur un support constitué par des pieds 2.
L'enveloppe cylindrique 1 contient un calorifuge 3 et ses deux extrémités sont fermées par des portes 4 à ré- fractaire 5, montées sur l'enveloppe par des dispositifs d'articulation 6.
Dans chaque porte 4 est incorporé un brûleur de façade B qui ne sera donc pas décrit en détail. Les deux brûleurs B sont disposés face à face, coaxialement à l'enveloppe cylindrique 1 et au foyer F de la chau dière.
Ce foyer est délimité par des viroles internes 7a de deux demi-chemises d'eau identiques 7 disposées dans le prolongement l'une de l'autre et séparées par un inter valle annulaire axial 8.
Ces demi-chemises sont constituées par des viroles internes 7a- et externes 7b.
Deux autres chemises d'eau 9 et 10 sont disposées concentriquement aux deux demi-chemises 7.
La chemise aussi désignée par 9 est réalisée en deux parties identiques assemblées dans la partie mé diane de la chaudière, par des collerettes 11 fixées au moyen de vis 12 et d'écrous 13. Cette chemise est éga lement constituée par des viroles internes 9a et exter nes 9b.
La chemise d'eau extérieure 10 comprend comme les autres deux éléments identiques réunis par une bride 14 et constitués par des viroles internes 10a et externes lob.
Les chemises d'eau sont séparées par des entretoises 15 (fig. 2) et délimitent des espaces annulaires suc cessifs 16, 17 dans lesquels peuvent circuler les gaz ré sultant de la combustion dans le foyer F. Pour obtenir dans ces espaces annulaires un parcours des gaz opti mal, les passages de communication entre ces espaces sont alternativement situés dans la partie médiane de la chaudière et aux extrémités de celle-ci.
On a déjà indiqué l'existence du passage 8 entre les deux demi-chemises 7. Les demi-chemises suivantes 9 sont fixées à joint étanche dans la partie médiane, mais il est prévu un passage annulaire 18 entre elles et les portes d'extrémité 4 respectives. Il est, de plus, prévu dans cha cune de ces portes des bourrelets d'étanchéité 19, 20 qui coopèrent avec les viroles internes 7a et externes lob des chemises d'eau 7 et 10.
La chaudière est pourvue de moyens d'alimentation, de circulation et d'évacuation de l'eau et des gaz ; ces moyens comprennent une double tubulure 21 d'arrivée ou de retour d'eau qui est disposée à la partie infé rieure de la chaudière-, les chemises d'eau successives communiquent par des passages tubulaires 22, 23 à l'ad mission et 24, 25 à la sortie.
Les tubulures d'arrivée d'eau débouchent en 21a dans la chemise d'eau interne 7 qui doit être la plus irriguée, l'eau passe ensuite dans les autres chemises à travers les passages 22 et 23. On peut remarquer que le passage de communication 22 est plus large que celui 23 prévu entre les deux chemises externes.
Des tubulures 26, 27 de sortie de l'eau sont disposées à la partie supérieure de la chaudière, en face des passages 24 et 25.
Par ailleurs, des dispositifs de vidange 28 sont pré vus à la partie inférieure de la chaudière, pour chaque moitié de celle-ci.
L'évacuation des gaz de combustion, après que ceux- ci ont traversé les diverses parties de la chaudière pré vues à cet effet s'effectue à la partie supérieure de la chaudière, par une cheminée 29, fixée sur la bride 14 qui délimite un collecteur annulaire 30 des gaz de com bustion.
A la partie inférieure de cette bride est prévue une boite à suie 31.
Le fonctionnement d'une telle chaudière est le sui vant : on met tout d'abord en marche simultanément la ventilation des deux brûleurs, puis on effectue l'al- liimage temporisé de ces brûleurs, c'est-à-dire que les deux brûleurs ne sont pas allumés en même temps. Cette précaution est destinée à éviter une déflagration éven tuelle et également à atténuer le choc thermique qui se produit au moment de l'allumage.
En fonctionnement, les deux brûleurs fournissent cha cun un jet de gaz, qui se rencontrent dans la partie médiane du foyer F. Ceci crée dans cette zone une tur bulence qui contribue à obtenir un rendement de com bustion particulièrement élevé. Sous l'action de la pres sion régnant dans le foyer, les gaz de combustion chauds s'échappent radialement dans toutes les directions par l'intervalle 8 délimité par les deux demi-chemises d'eau 7, et s'écoulent dans l'espace annulaire 16 compris entre la chemise d'eau 7 et la chemise d'eau adjacente 9.
Les gaz de combustion se refroidissent peu à peu en cédant de la chaleur à l'eau qui circule dans les chemises d'eau et ce transfert de chaleur s'effectue essentielle ment par rayonnement, ils passent ensuite dans l'inter valle 17 compris entre les deux chemises d'eau exté rieures 9 et 10, en contournant en 18 les bords extrêmes de la chemise d'eau 9.
De là, ils sont collectés dans le passage annulaire 30 et évacués par la cheminée 29.
On remarque que le trajet des gaz chauds de com bustion est rigoureusement symétrique, à la fois par rapport à un plan vertical longitudinal passant par l'axe X-X de la chaudière, et par rapport à un plan mé dian Y-Y, perpendiculaire à l'axe X-X. Cette circulation des gaz sans parcours préférentiel permet d'obtenir un échange thermique optimal avec l'eau circulant dans les anneaux d'eau. Cet échange optimal est complété par le fait que le trajet de l'eau à réchauffer est également rigoureuse ment symétrique par rapport aux deux plans précités.
En effet, l'eau est introduite dans la chemise d'eau 7 par les tubulures 21a, et s'écoule, soit dans la chemise 7 vers les sorties 24, soit vers les anneaux 9 et 10 par les passages 22 et 23.
Les dimensions des chemises d'eau, les épaisseurs des espaces libres entre deux chemises d'eau adjacentes, les sections libres des différents passages prévus pour l'eau et les gaz de combustion sont calculés de façon à ob tenir une circulation contrôlée des deux fluides, un échange de chaleur optimal entre ceux-ci et des carac téristiques admissibles pour ces deux fluides à la sortie de la chaudière.
On réalise, en particulier, dans cette chaudière des vitesses de circulation élevées, ce qui a pour avantage d'éviter pratiquement tout dépôt, de tartre ou de suie, et permet d'éviter, de plus, les phénomènes de sur chauffe localisée. La vitesse de circulation des gaz est cependant ralentie dans les espaces annulaires 16 et 17 pour faciliter l'échange thermique par rayonnement.
La chaudière décrite présente un certain nombre d'autres avantages très importants : tout d'abord, de par sa disposition, elle procure un échauffement de l'eau en utilisant presque uniquement l'effet du rayonnement, il en résulte un rendement maximal de l'échange thermique, qui s'ajoute au rendement de combustion maximal. dû à la présence de deux brûleurs et à leur disposition face à face. Par conséquent, à puissance égale, la chau dière décrite a des dimensions sensiblement inférieures à celles des chaudières classiques.
On a déjà indiqué que le dépôt de suies sur les ex trados de parois des chemises d'eau est relativement faible, or, ce dépôt ne nuit pas à l'échange de chaleur par convection, les suies qui recouvrent les parois des espaces 16 et 17 se conduisent comme des corps noirs et cèdent par conductibilité les calories qu'elles absorbent aux surfaces métalliques des chemises d'eau et à l'eau qui y circule. Le ramonage de cette chaudière devient par conséquent secondaire et nullement impératif.
Un avantage important de la séparation, en au moins deux éléments, de la chemise d'eau 7 provient du fait que l'on diminue de cette façon les effets néfastes de la dilatation des parois métalliques qui limitent cette chemise. En effet, la température régnant dans le foyer étant supérieure à 1000(l C, la dilatation de la virole 7a est importante, ce qui occasionne souvent dans les chau dières classiques des ruptures, en particulier au niveau des soudures. Au contraire dans la chaudière décrite, les effets de la dilatation ne s'appliquent qu'à des élé ments dont la longueur est au plus égale à la moitié de la longueur totale de la chaudière.
On peut remarquer également que la chaudière dans son ensemble présente une symétrie par rapport au plan Y-Y, et est constituée par des éléments identiques assem blés de façon simple dans ou au voisinage du plan médian Y-Y. De cette façon, la chaudière est facilement démontable et toutes ses parties sont aisément accessibles, ce qui constitue un avantage important par rapport aux générateurs de construction monobloc classique.
L'expérience a également prouvé que le fonctionne ment de cette chaudière est particulièrement silencieux, ce qui est<B>dû,</B> vraisemblablement, à la disposition face à face des brûleurs.
On n'a pas représenté sur le dessin les dispositifs de contrôle et de commande de la chaudière, on peut ce- pendant indiquer qu'il est prévu un aquastat sur chaque tubulure de départ d'eau chaude, chacun de ces aquastats coupant, lorsqu'il est déclenché, les deux brû leurs B. Cette disposition assure une sécurité supplé mentaire, au cas où l'un de ces aquastats serait, pour une quelconque raison, hors d'état de fonctionner.
Dans le mode de réalisation représenté, les chemises d'eau concentriques ont à peu près la même épaisseur radiale. Selon une variante, on peut faire croître cette épaisseur, depuis la chemise intérieure, vers les chemises extérieures, de façon à améliorer l'échange thermique dans les chemises extérieures.
On n'a également pas décrit en détail les brûleurs B qui peuvent, selon la puissance envisagée pour la chau dière, être à simple ou à double allure, cette caractéris tique ne modifiant en rien le fonctionnement de celle-ci. Le fait de disposer de deux brûleurs permet par ail leurs une grande souplesse d'emploi, un seul de ces brû leurs pouvant, si on le désire, être mis en marche, en cas de fonctionnement à puissance réduite.
Cylindrical hearth boiler The present invention relates to a cylinder with a cylindrical hearth and a concentric water jacket.
It is characterized in that it comprises two burners arranged face to face, each at one end of the cylindrical hearth, and at least two water jackets placed concentrically around the hearth and delimiting between them a space of annular section, the jacket of water adjacent to the hearth comprising at least one passage for communicating the hearth and said space of annular section.
In one embodiment the ring of water closest to the hearth may be produced in the form of two half-rings, arranged in the continuation of one another and separated by an axial gap constituting said passage.
In another embodiment, the water jacket adjacent to the hearth can be made in two parts, it is in this zone of turbulence that the annular gap separating the two half-rings is located, in tervalle through which the Hot gases can pass from the hearth into the annular space between the internal water ring and the adjacent concentric ring.
The following description, made with reference to the appended drawing, describes only by way of example a particular embodiment of the boiler which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a view in longitudinal section of the boiler of this embodiment; fig. 2 is a sectional view of this boiler along line 2-2 of FIG. 1.
There is shown in the drawing in a somewhat simplified manner, a boiler which comprises a casing or cylindrical jacket 1 of axis X-X resting on a support consisting of feet 2.
The cylindrical casing 1 contains a heat insulator 3 and its two ends are closed by refractory doors 4 5, mounted on the casing by articulation devices 6.
In each door 4 is incorporated a front burner B which will therefore not be described in detail. The two burners B are placed face to face, coaxially with the cylindrical casing 1 and with the hearth F of the boiler.
This focus is delimited by internal shells 7a of two identical water half-jackets 7 arranged in the extension of one another and separated by an axial annular gap 8.
These half-liners are formed by internal 7a and external 7b ferrules.
Two other water jackets 9 and 10 are arranged concentrically to the two half-jackets 7.
The jacket also designated by 9 is made in two identical parts assembled in the middle part of the boiler, by flanges 11 fixed by means of screws 12 and nuts 13. This jacket is also formed by internal ferrules 9a and exter nes 9b.
The outer water jacket 10 comprises, like the other two identical elements joined together by a flange 14 and formed by internal rings 10a and external lob.
The water jackets are separated by spacers 15 (fig. 2) and delimit successive annular spaces 16, 17 in which the gases resulting from combustion in the furnace F. can circulate. To obtain a path in these annular spaces. Opti mal gases, the communication passages between these spaces are located alternately in the middle part of the boiler and at the ends thereof.
We have already indicated the existence of the passage 8 between the two half-liners 7. The following half-liners 9 are tightly attached in the middle part, but there is provided an annular passage 18 between them and the end doors 4 respective. In addition, each of these doors has sealing beads 19, 20 which cooperate with the internal rings 7a and external lob of the water jackets 7 and 10.
The boiler is provided with means for supplying, circulating and discharging water and gases; these means comprise a double pipe 21 for water inlet or return which is arranged at the lower part of the boiler, the successive water jackets communicate by tubular passages 22, 23 at the inlet and 24 , 25 at the exit.
The water inlet pipes open at 21a into the internal water jacket 7 which must be the most irrigated, the water then passes into the other jackets through the passages 22 and 23. It can be noted that the passage of communication 22 is wider than that 23 provided between the two outer shirts.
Water outlet pipes 26, 27 are arranged at the upper part of the boiler, opposite passages 24 and 25.
Furthermore, drainage devices 28 are provided at the lower part of the boiler, for each half thereof.
The evacuation of the combustion gases, after they have passed through the various parts of the boiler provided for this purpose, takes place at the upper part of the boiler, by a chimney 29, fixed on the flange 14 which delimits a annular collector 30 for the combustion gases.
At the lower part of this flange is provided a soot box 31.
The operation of such a boiler is as follows: first of all the ventilation of the two burners is started simultaneously, then the timed aliasing of these burners is carried out, that is to say that the two burners burners are not lit at the same time. This precaution is intended to avoid a possible explosion and also to attenuate the thermal shock which occurs at the time of ignition.
In operation, the two burners each supply a jet of gas, which meet in the middle part of the hearth F. This creates a turbulence in this zone which contributes to obtaining a particularly high combustion efficiency. Under the action of the pressure prevailing in the furnace, the hot combustion gases escape radially in all directions through the gap 8 delimited by the two water half-jackets 7, and flow into the annular space 16 between the water jacket 7 and the adjacent water jacket 9.
The combustion gases cool little by little by giving up heat to the water which circulates in the water jackets and this heat transfer takes place essentially by radiation, they then pass in the interval 17 between the two outer water jackets 9 and 10, bypassing the end edges of the water jacket 9 at 18.
From there, they are collected in the annular passage 30 and discharged through the chimney 29.
Note that the path of the hot combustion gases is rigorously symmetrical, both with respect to a longitudinal vertical plane passing through the axis XX of the boiler, and with respect to a median plane YY, perpendicular to the axis XX. This circulation of gases without a preferential path makes it possible to obtain an optimal heat exchange with the water circulating in the water rings. This optimal exchange is completed by the fact that the path of the water to be heated is also strictly symmetrical with respect to the two aforementioned planes.
Indeed, the water is introduced into the water jacket 7 through the pipes 21a, and flows either in the jacket 7 towards the outlets 24, or towards the rings 9 and 10 through the passages 22 and 23.
The dimensions of the water jackets, the thicknesses of the free spaces between two adjacent water jackets, the free sections of the various passages provided for the water and the combustion gases are calculated so as to obtain a controlled circulation of the two fluids. , optimum heat exchange between them and permissible characteristics for these two fluids at the outlet of the boiler.
In particular, high circulation speeds are achieved in this boiler, which has the advantage of avoiding practically any deposit, scale or soot, and makes it possible to avoid, moreover, the phenomena of localized overheating. The gas circulation speed is however slowed down in the annular spaces 16 and 17 to facilitate heat exchange by radiation.
The described boiler has a number of other very important advantages: first of all, by its arrangement, it provides heating of the water using almost only the effect of radiation, resulting in a maximum efficiency of l heat exchange, which adds to the maximum combustion efficiency. due to the presence of two burners and their arrangement facing each other. Consequently, at equal power, the boiler described has dimensions which are substantially smaller than those of conventional boilers.
It has already been indicated that the deposit of soot on the former trados of the walls of the water jackets is relatively low, however, this deposit does not harm the exchange of heat by convection, the soot which covers the walls of the spaces 16 and 17 behave like black bodies and by conductivity yield the calories which they absorb to the metal surfaces of water jackets and to the water which circulates therein. The sweeping of this boiler therefore becomes secondary and in no way imperative.
An important advantage of the separation, into at least two elements, of the water jacket 7 comes from the fact that the harmful effects of the expansion of the metal walls which limit this jacket are reduced in this way. Indeed, the temperature prevailing in the hearth being greater than 1000 (l C, the expansion of the shell 7a is important, which often causes ruptures in conventional boilers, in particular at the level of the welds. On the contrary in the boiler. described, the effects of expansion apply only to elements whose length is at most equal to half the total length of the boiler.
It may also be noted that the boiler as a whole exhibits symmetry with respect to the Y-Y plane, and is constituted by identical elements assembled in a simple manner in or in the vicinity of the Y-Y median plane. In this way, the boiler is easily removable and all its parts are easily accessible, which constitutes a significant advantage over generators of conventional monobloc construction.
Experience has also shown that the operation of this boiler is particularly quiet, which is <B> due, </B> probably, to the face-to-face arrangement of the burners.
The control and control devices of the boiler have not been shown in the drawing, it may however be indicated that an aquastat is provided on each hot water outlet pipe, each of these aquastats cutting off, when 'it is triggered, the two burns their B. This arrangement provides additional safety, in the event that one of these aquastats is, for whatever reason, inoperable.
In the embodiment shown, the concentric water jackets have approximately the same radial thickness. According to a variant, this thickness can be made to increase, from the inner liner, towards the outer jackets, so as to improve the heat exchange in the outer jackets.
The burners B have also not been described in detail which may, depending on the power envisaged for the boiler, be single or double-stage, this characteristic in no way modifying the operation of the latter. Having two burners also allows them great flexibility of use, only one of these burners being able, if desired, to be started, in the event of operation at reduced power.