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BREVET D'INVENTION Appareil de chauffage au charbon, à fonctionnement automatique Madame Mary Evans PAR K E R, née
La présente invention se rapporte à des appareils de combustion utilisant du charbon comme combustible, en particu- lier à des brâleurs avec alimentation par dessous.
Cette invention réalise plusieurs objets, savoir : un brûleur automatique à charbon avec alimentation par le bas, et un tirage forcé qui peut être réglé avec précision pour assurer un rapport correct entre la quantité de combusti- ble consumé et la quantité d'air nécessaire pour que la combus- tion soit parfaite; un brûleur capable de développer et de supporter une tempé- rature assez élevée pour oxyder complètement toutes les parties combustibles, et pour fondre toutes les parties non combustibles en en faisant un mâchefer continu, qui monte à la surface de la couche de charbon d'où, on peut aisément le retirer;
un brûleur qui fonctionne automatiquement en ce qui concerne le réglage de la chaleur, et qui ne demande qu'un effort physique
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minimum pour amener le combustible à l'appareil et pour en retirer les cendres,grâce à ce fait que presque tous les élé- ments combustibles sont brûlés et que les matières incombusti- bles sont fondues, en ne déposant que très peu de cendre Sans le cendrier.
La quantité totale de charbon manipulée est rela- rivement faible en raison du fort rendement obtenu, un accroissement de rendement de l'appareil appliqué à des chaudières à eau chaude ou à vapeur,par un double contrôle qui suspend l'alimentation en combustible quand la température dans la chambre de combustion dépasse un maximum donné, ou quand la température de l'eau ou la pression dans la chaudière atteint un maximum donné, le dit contrôle ne permettant pas à l'alimen- tation en combustible de devenir active avant que la températu- re de la chambre de combustion et la température de I' eau ou la pression de vapeur dans la chaudière ne soient descendues au- dessous d'un minimum déterminé;
une forme spéciale drôlement à tuyères pour l'alimentation par dessous, assurant un nettoyage automatique et la suppression presque complète de mâchefers sur les tuyères; en outre, la cendre ne peut pénétrer par les tuyères dans le cendrier, en obstruant les ouvertures des tuyères et en empêchant le passa- ge de l'air, ce qui aurait pour effet de surchauffer et de détruire les tuyères; une. alimentation par dessous u moyen d'une vis sans fin, et un conduit amenant de l'air sous forte pression dans le mê- me sens que celui du mouvement du charbon, de manière à empê- cher que des gaz consumés complètement ou non ne soient refou- lés à travers le courant du combustible et ne s'échappent dans le local de chaufferie;
une forme spéciale d'engrenages de réduction au moyen de la- quelle la vis de transport du combustible peut être commandée d'une façon continue à la vitesse qu'on veut en se servant d'un mécanisme non susceptible de mauvais fonctionnement par suite de maniements effectués sans aucun ménagement; @
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une forme spéciale de contrôle de l'air envoyé par le ven- tilateur, de façon que l'on puisse maintenir ouverte en grand l'admission d'air au ventilateur, et- éviter des retours d'air dans le ventilateur quand le courant est étranglé; dans ces con- ditions, il n'y a pas de poussières formées dans la chambre de chauffe, et la charge sur le moteur même se trouve réduite;
un fonctionnement entièrement automatique, après qu'on a mis du combustible en quantité voulue dans la soute.
Un dispositif réalisant les divers objets exposés ci-des- sus est représenté sur les dessins ci-joints qui indiquent: fig.l, une vue perspective montrant les divers éléments de l'installation; fig.2, une coupe longitudinale du mécanisme d'alimentation en combustible, et du mécanisa de ventilateur avec aonduit d'air à haute pression ; fig.3, une vue perspective des tuyères: on y toit comment el- les sont supportées autour du foyer ; fig. 4, une coupe verticale fragmentaire d'un des éléments à tuyères pour montrer les ouvertures étranglées; fig.5, une vue perspective d'un élément à tuyères, sur son côté extérieur;
fig.6, une vue perspective des engrenages de réduction sélec- tive avec parties en coupe pour montrer la position de la vis de transport du combustible par rapport aux autres éléments; fig.7. une vue schématique des engrenages planétaires sélec- tifs, et la première roue commandée par eux.
Sur ces dessins on voit, de face, une chaudière à vapeur or- dinaire 10 avec deux portes 11 pour les nettoyages, une porte de foyer 12 et une porte de cendrier 13. Les parois latérales 14 au. foyer et la paroi arrière 15 sont du type usuel.
L'appareil de l'invention lui-même consiste en une partie à tuyères, un mécanisme amenant le combustible, un réservoir d'air
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à basse pression, un réservoir d'air à haute pression et un contrôle pour les mécanismes d'introduction de l'air et du com- b ust ibl e.
TUYERES.- La partie qui contient les tuyères comprend un foyer 16 monté sur pieds 17, et présentant des rebords extérieurs 18. Le combustible 20 monte dans un conduit pour être déversé dans la zone de combustion. Autour du foyer 16 est disposé un cadre espacé 21 à section en I monté sur la structure en bri- ques 22.
En travers du bord 18 et de la pièce 21 en I sont dispo- sés les éléments à tuyères 23 constitués par des montants verti- caux étroits 24, à l'arrière, et des montants inclinés 25 sur l'avant; sur les côtés de ces montants 25 sont formés des plans transversaux 26 dont le dessus et le dessous sont des surfaces inclinées sur l'horizontale de manière à former des espaces in- termédiaires 27 plus étroits dans la partie centrale; c'est de le. nature de ces ouvertures 27 que dépend la longue durée et le bon fonctionnement des tuyères.
Chaque élément à tuyères 23 a une base large 28 sous son cô- té avant ; cette base est reliée au montant arrière 24 au. moyen d'- une traverse 29. Le haut 30 tient aussi toute la largeur de la ba- se 28 et des plans 26, et il est en pente vers l'extérieur où. il se termine par un bord 31 formant canal.
Sur le cote inférieur de la base 28 est formé un appendice 32 tourné vers l'intérieur, qui passe sous le rebord 18 de la po- che 16 du foyer. Une plaque 33 munie d'un bord tombant 34 qui est engagé dans le canal 35 des éléments de tuyères 23 sert à sceller l'intervalle existant entre ces éléments et le bâti en briques 22.
MÉCANISME DE TRANSRGRT DU COMBUSTIBLE.- Le mécanisme de transport du. combustible se compose d'une vis 36 qui est logée dans le conduit 19 et traverse le fond de la trémie à combusti- ble 37. L'arbre 38 de la vis 36 tourne dans le palier 39 de la trémie 37, et son extrémité 40 est carrée pour recevoir l'accou-
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plement 41.
Le mécanisme de transport du combustible est enfermé dans une enveloppe cylindrique 42 avec cloison transversale arrière 43 derrière laquelle se trouve un manchon 44 portant une. grande roue dentée droite 45 qui est calée en 47 sur un arbre réducteur 46 dont l'extrémité carrée- 48 passe à travers le man- chon 49, retenant la matière grasse; ce manchon passe dans le couvercle arrière 50 et pénètre dans l'accouplement 41. Trans- versalement à la partie avant de l'enveloppe 42 est fixa un cou- vercle 51 tenu en place par des boulons 52.
Entre le couvercle 51 et la cloison arrière 43 est mon- tée une cage à engrenages 53 dont le moyeu 54 tourne dans le manchon 53 de la cloison avant 51. Au moyeu. 54 est attaché, par 14 vie 57 le rebord 55 d'un bouton tournant 56. Le rebord 55 porte des marques saillantes 58 qui peuvent être amenées sous la flèche 59 et qui servent à indiquer la vitesse du transport; la marque 1 indique la première vitesse, la marque 2 indique la seconde vitesse et la marque 3 indique la troisième vitesse.
La face d'avant 53 est percée de trous 60 et 61. Dans le couvercle avant 51 est montée une tige 62 qui correspond aux trous 60,ou 61, et qui est poussée par un ressort 63 dans une position d'enclenchement. La tige 62 petit être retirée des trous 60 ou 61 à l'aide d'un levier à main 64 relié à la tige par une goupille 65 et tourillonnéesur les bras 66.
La plaque avant 53 tient à la plaque'arrière 67 de la ca- ge au moyen des éléments 68. Les paliers à billes 69 montées dans le manchon 54, et les paliers à billes 70 montés dans le manchon 44 supportent l'arbre moteur 71 de la cage d'engrenages; cet arbre porte un pignon moteur 75, et une roue 73 à engrena- ge hélicoïdal est calée sur le même arbre. Entre le pignon 72 et la rbue 73 est montée sur l'arbre 71, un palier à billes 74 qui supporte l'arrière 67 de la cage des engrenages.
Autour du pignon 72 sont montés les arbres 75,76,77 fixés par une de leurs extrémités à la plaque arrière 67. @
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Sur l'arbre 75 est calée une roue d'engrenage de grande vitesse 78 qui engrène avec le pignon 72 d'une façon constante.
Sur l'arbre 76 est montée une roue 79 à vitesse intermédiaire qui est aussi constamment en prise avec le pignon 72 et qui se pro- longe longitudinalement par un pignon de vitesse intermédiaire 80.
Sur l'arbre 77 est montée une roue d'engrenage 81 à petite vi- tesse, qui est toujours en prise avec le pighon 72 et en prolon- gement de laquelle est formé un pignon 82 à petite vitesse.
Dans le couvercle avant 51 est monté le moyeu 83 de la roue dentée commandée 84 qui est fixée au moyen de la clavette 86 à l'arbre 85 dont cette roue est détachable. L'extrémité 87 de l'arbre 85 a une section carrée pour permettre de faire tourner cet arbre au. moyen d'une manivelle, quand il s'agit par exemple de réaligner les parties lorsqu'on introduit une nouvelle cla- vette 86, ou de pousser avec la main le charbon vers le feu, p our la mise en marche .
Les diamètres des roues d'engrenage 84 et 78 et des pignons
80 et 82, leurs positions relatives et leurs espacements sont cal- culés de manière que la roue 78 ou. les pignons 80 et 82 peuvent être faits pour être mis en prise avec la roue 84 quand la tige
62 est dans un des trous 61, et que la roue 84 n'engrène avec au- cune autre quand la tige 62 est dans un des trous 60. Un tube d'es- pacement @8 est disposé sur l'arbre 85 entre la roué '84 et le moyeu 89 de la face arrière 43. De l'autre côté du moyeu 89, un pignon 90 calé Star l'arbre 85 engrène avec la roue 45. L'extrémité arrière de l'arbre 85 est engagée dans le moyen 91 formé sur le couvercle arrière 50.
Transversalement à l'enveloppe 42 est disposé un arbre 92 au milieu duquel se trouve une vis sans fin 93 engrenant avec la roue 73. Une des extrémités de l'arbre 92 porte un acdouplement universel 94 pour le moteur 95, qui est monté sur le support 96.
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APPAREIJ POUR 1!JNVOYER DE L'AIR A BASSE ''.t3.'z.3If31Vi- ,Éi laLt- tre extrémité de l'arbre 92 est fixé le moyeu 97 du ventilateur 96 dont les palettes courbes 99 sont enfermées dans la bande 100 pour les protéger pendant les excès de vitesse du. moteur 95, no- tamment quand le genre de l'installation nécessite un supplément de largeur pour le ventilateur. Le ventilateur 98 est dans un lo- gement 101 avec ouverture garnie de toile métallique 102, en avant de laquelle sont disposés des volejta 103 contrôles par une même tige 104.
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APPAREIL POUR ENVSOCER 17. L1AIB A HAUTE PRESSION.- A partir du point où le ventilateur atteint sa plus grande vitesse, et qui est indiqué par le coude 105, un tuyau. 106 avec soupape de contrôle 107 amène l'air à la partie supérieure du conduit 19 du charbon, et cet air est déchargé dans la direction même que suit le charbon entrant dans le foyer.
Il convient de noter ici que le ventilateur 98 envoie de l'air à une pression relativement basse, à travers la caisse lui, dans la boîte à air 108, d'où cet air peut passer par les fentes 37 des tuyères dans la zone de combustion; au contraire, le tuyau 106 à haute pression fait entrer l'air avec le co-mbustible dans la zone de combustion, cet air trouvant un passage au dessus de la sur face du charbon en marche dans le conduit 19, passage par lequel les gaz refoulés passent d'ordinaire pour se répandre, à travers la trémie, dans le local de chauffe ; est donc nécessaire que la pression dans le tube 106 dépasse celle qui existe dans la boîte à air 108.
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00lqTft= D liEOA1HSWJ./;!;d DE DI;jTl-1IBU'l'ION D'AIR. ET DE CûillUSTIBLE.- Quand l'appareil est employé pour des installa- tions de chauffage par leau chaude ou par la vapeur, il est dé- sirable de se servir d'un moyen établissant et interrompant le circuit comme l'organe indique en 109 et relié à la chaudière au
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moyen d'un tube 110, et fonctionnant quand la pression de vapeur ou quand la température de l'eau dans la chaudière atteignent le minimum ou le maximum, ce qui, par l'inter- médiaire d'un relais 111,met le moteur 95 à l'arrêt chaque fois que la pression ou la température dans la chaudière dépasse un maximum déterminé .
Dans un local où la chaleur arrive de la chaudière à un radiateur 112, on place un thermostat 113, de préférence avec contrôle à temps. Cet appareil fonctionnant par l'intermédiaire d'un relais 111, peut rétablir le courant pour le moteur 95, et aussi le supprimer, chaque fois que la températu- re du local atteint un maximum déterminé.
Il est possible de remettre en marche le moteur 95 et de rétablir l'alimentation en combustible et en air pour entretenir la combustion, jusqu'à ce que la température de la chambre et aussi la chaleur emmagasinée dans la chaudière soient tombées au-dessous d 'un minimum déterminé. En d'autres termes, la chaudière fonctionne comme une roue de volant ; sert de ré- servoir de chaleur sur lequel des prélèvements peuvent être faits pour le chauffage jusqu'à ce que son débit tombe au-dessous d'un minimum déterminé. Dans ces conditions on n'a pas à mettre en marche et à arrêter fréquemment le moteur, et il devient possible de consumer plus complètement le combustible qui passe dans le foyer.
Il importe de noter ici que si, pendant un temps prolongé, on ne demande rien au foyer ou à la chaudière pour le chauffage, et-qu'ainsi le mécanisme d'alimentation en charbon reste longtemps arrêté, le feu s'éteindra complètement, et les contrôles sus-visé fermeront le circuit du moteur ; il faut alors aviser à de nouvelles dispositions. Il suffira, en ce cas, de se servir de la tige 86 qui, utile pour empêcher la pénétration de corps étrangers (métal ou gravier) dans le mécanisme, empêche aussi l'arrivée du charbon dans la chambre de combustion quand il n'y a plus de combustible allumé dans le foyer.
En d'autres termes,
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si le charbon est complètement éteint et que le foyer et les tuyères sont froids, les cendres et le charbon non brûlé for- ment un tampon qui oppose assez de résistance à l'entrée de charbon frais et à sa propulsion par la vis 36, pour empêcher la destruction possible de l'appareil par l'énorme effort dé- veloppé par les engrenages de réduction,
Quand l'appareil sert pour des foyers à air chaud, il faut seulement un thermostat, et dans certains cas les appareils sont employés sans aucune espèce de contrôle automatique quoique ces contrôles soient souvent très dés irables.
Avec un appareil construit comme il est dit ci-dessus, tous les éléments incombustibles fondent en fondant.'! un mâchefer 114 qui reste au-dessus de la couche du charbon, et qu'on retire aisé- ment par la porte du. foyer au moyen de pinces.
Un commutateur à couteau 115 est d'ordinaire employé pour interrompre, quand il y a lieu, l'effort produit par le circuit du moteur.
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