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MEMOIRE DESCRIPTIF DEPOSE A L'APPUI DE LA DEMANDE D'UN BREVET D'INVENTION Procédé et appareil pour le chauffage d'un fluide au moyen de gaz de combustion
Dans les chaudières à vapeur, les réchauffeurs d'eau et d'air construits jusqu'à présent, le rendement est relativement désavantageux, et ces appareils pré- sentent encore d'autres défauts.
Les constructions réalisées antérieurement ont notamment le défaut prin- cipal qu'elles ne permettent pas au gaz de combustion cédant de la chaleur ou au liquide ou gaz absorbant de
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@ la chaleur de 'se déplacer dans une direction théorique- ment et pratiqueront justo ot ratjonnollo
Par.exemple, dans.une chaudière à vapeur ordinaire comportant des tubes de flammeetdes tubes de fumée horizontaux, le.s' gaz de combustion servant à chauffer l'eau vont tantôt vers l'avant, tantôt vers l'arrière, tantôt vers le haut, et tantôt vers le bas, sans qu'on suive une règle ou un,principe juste et rationnel; il en est de môme du trajet de l'eau dans la chaudière.
Il n'est pas fait une''application logique et pour'ainsi dire exclusive du principe des contrecourants en ce qui concerne le mouvement des gaz de .fumée par rapport à celui de l'eau ou du gaz absorbant la chaleur. Ces faits -sont liés également à ce qu'il a été nécessaire jusqu ici d'utiliser soit des cheminées, soit des dispositifs mobiles, consormnant de l'énergie, pour obtenir le tirage indispensable dans toutes.les installations à foyers.
Le mouvement naturellement et théoriquement rationnel . d'un gaz, qui est brûlé ou chauffé,'ou d'un liquide ou d'un gaz qui est chauffé, est vertical dans le- sens de la montée et le mouvement rationnel d'un gaz ou d'un liquide qui est refroidi est vertical dans le sens de la .descente, Si un gaz en cours de combustion, qui s'élève selon un courant montant suivant .sa tendance naturelle, est refroidi, il se produit un mélange le plus souvent nuisible de parties de gaz refroidies et de parties de gaz encore chaudes, dont la conséquence est en.partie une combustion incomplète 'et en partie une action contraire au tirage.
Lorsqu'un liquide qui est réchauffé doit changer sa direction subitememt, il se produit des
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'arrêts locaux du li/quide, et il s'ensuit soit un rendement t désavantageux, soit des surchauffes locales.
La présente invention est caractérisée par une application logique des principes de mouvement, énoncés ci-dessus, dans l'utilisation de gaz de combustion, c'est-à-dire que le sens du mouvement de ces derniers, lors du refroidissement, est la descente et que ces gaz de combustion sont protégés contre le refroidissement lorsque leur mouvement est dirigé dans le sens de la montée. Conformément au même principe, le fluide à réchauffer se déplace dans le sens de la montée.
Des ¯chaudières ou appareils qui sont construits selon ces directives travaillent par conséquent suivant le principe des courants de sens contraires ou contre- courants. Ils travaillent en outre sans tirage par cheminée ou tirage artificiel. La température maxima du gaz de combustion est donc, en principe, celle qu'a ce gaz au. point le plus élevé de son trajet de circula- tion dans l'appareil, et ceci est également vrai pour l'agent réchauffé.
Le dessin annexé représente quelques exemples de réalisation de l'appareil choisi pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale d'un appareil.
La fig. 2 est une coupe horizontale suivant la ligne II -' II de la fige 1.
Les figs. 3 à 5 sont des coupes verticales de l'appareil, chacune suivant un exemple de réalisation.
La fig. 6 est une coupe horizontale suivant la ligne VI-VI de la fig. 5.
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Les figs. 7 et 8 sont respectivement une coupe verticale et une coupe horizontale chacune d'un exemple de réalisation.
La fig. 9 représente un dispositif monté sur l'appareil lors de l'utilisation de 'celui-ci comme radiateur de chauffage.
La fig. 10 est une coupe verticale d'un autre exemple de réalisation.
.Les figs. 1 et 2 concernent un.réchauffeur' d'eau ou une chaudière à vapeur. Un vase ou récipient d est prévu ici pour l'eau à chauffer ou l'eau fournissant de la vapeur; ce récipient est constitué par'une envelop- pe ou cylindre creux fermé comportant des parois inté- rieure c2 et extérieure ± 3 et il est muni,du tuyau d'admission m à sa partie inférieure pour l'arrivée de l'eau à chauffer.et du tuyau de départ n à sa partie supérieure pour l'eau chauffée. Un couvercle h, affec- tant la forme d'une aube demi-circulaire'en coupe verticale, semblable à celle d'une roue de Pelton, est prévu dans la partie supérieure 'ou au-dessus de l'extré- mité ouverte de ce tube-enveloppe. Ce couvercle recouvre la chambre cylindrique intérieure, entourée par le tube-enveloppe.
Il est prévu., au milieu du tube-enveloppe, un second tube, à savoir le tube-foyer ou tube protecteur f des gaz de combustion chauds.'Ce tube'peut ,être à paroi simple'ou double avec une couche d'air isolante et, suivant le besoin de chaque cas, il peut'être revêtu de plus ou moins de matière thermo-isolante ; de même,
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suivait les nécesité'd ,chaque'oas.p&!olier, il peut
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être établi en telle ou telle autre sorte de matière.
Ce tube f est ouvert à son extrémité supérieure et se termine à une distance appropriée du couvercle h; en bas,. ce tube protecteur est fermé en majeure partie, à savoir sauf à la traversée du tuyau i d'admission du gaz combustible et aux trous k percés pour l'admission de l'air nécessaire à la combustion. Lorsque les gaz combustibles sont déjà mélangés à une quantité suf- fisante d'air à l'entrée de la chambre de combustion g délimité par le tube protecteur f, il n'est pas besoin de prévoir une admission d'air additionnelle.
Autour de l'ensemble est montée une enveloppe isolante extérieure a contenant une matière isolante ) qui entoure et recou- vre le récipient-enveloppe d et son couvercle h,
Le mode de fonctionnement de l'appareil est le suivant Des gaz de combustion chauds sont produits dans la chambre de combustion g, et s'élèvent dans cette chambre jusqu'à son extrémité supérieure;.ils tournent ensuite, guidés par le couvercle h courbé vers le haut ou voûté, et redescendent dans la'chambre intermédiaire annulaire ou canal entre la'paroi extérieure du tube protecteur f et la paroi intérieure absorbant de la chaleur c2 du récipient-enveloppe d, en cédant de la chaleur pendant cette descente.
Ces gaz s'échappent finalement par la sortie 1 qui est placée à la partie inférieure de l'ap- pareil, L'eau admise par l'arrivée dans le récipient enveloppe d s'élève en se chauffant progressivement, puis stécoule par la sortie n vers le point de consommation ou dans un réservoir quelconque.
Un semblable appareil fournit le plus grand
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rendement possible'et peut en outre travailler sans aucune sorte de tirage artificiel avec le meilleur résultat. Le tirage' est produit ici par la montée des gaz chauds-et la descente subséquente'des gaz refroidis.
Les gaz qui sortent peuvent être refroidis jusqu'à la température de l'eau qui entre, ce qui n'est pas possible dans les chaudières et réchauffeurs d'eau construits jusqu'à présent dans lesquels le tirage est produit au moyen d'une cheminée, parce que le tirage de la cheminée ne peut pas être assuré si les gaz perdus n'ont pas une température relativement élevée. C'est pourquoi il est également possible, dans la chaudière de l'invention, de bouler des combustibles humides et d'utiliser économi- quement leur teneur thermique, parce que la grande quantité de vapeur d'eau formée lors-de leur combustion peut être facilement condensée et que sa chaleur peut facilement être récupérée.
Le dispositif représenté dans les figs. 1 et 2 peut aussi être utilisé comme appareil de chauffage ou radiateur pour le chauffage de l'air environnant. Dans ce cas, on peut supprimer par exemple l'enveloppe iso- lante extérieure a ainsi que l'enveloppe isolante b, ou une partie de ces enveloppes. L'eau qui se trouve dans le récipient-enveloppe d remplit ici l'office de véhicule de chaleur. Pour produire une circulation de lteàu dans ce récipient¯ d lors de l'utilisation du dispositif comme appareil de chauffage, on peut y disposer une cloison verticale (fig.9), qui permet à l'eau de s'élever sur la paroi intérieure la plus chaude du
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récipient, puis de tousser à l'extrémité supérieure de ce récipient et de redescendre le long de sa paroi extérieure plus froid.
On peut aussi, lorsque cela est désirable, renoncer au récipient-enveloppe proprement dit et ne conserver que la surface intérieure absorbant la chaleur c 2 avec le couvercle h, ce dernier pouvant ou non être isolé suivant la température désirée.
On peut faire varier de multiples manières le,mode de réalisation de l'invention qui est représenté dans les figs. 1 et 2 ; onindiquera dans ce qui suit quelques exemples de variantes.
Le tube-enveloppe d peut être prolongé au-dessus du couvercle de manière à former lui-même un couvercle, comme le représente la fig. 3. Il peut être composé d'une chambre supérieure, d'une chambre inférieure et de tubes passant entre ces chambres. Il peut aussi être établi sous la forme d'un tube spiral avec admission à l'extré- mité inférieure et sortie à l'extrémité supérieure,comme le représente la fig.4. Le récipient d peut avoir un , diamètre extérieur relativement grand et contenir une rangée de tubes r, comme le montrent les figs. 5 et 6.
Ces tubes forment des surfaces de refroidissement c2 pour les gaz chauds qui descendent, Dans les figs. 5 et 6, le tube protecteur f est remplacé par la surface inté rieure' du récipient ou vase 1 cette surface étant revêtue sur sa paroi intérieure d'une matière thermo- isolante s pour empêcher que les gaz.chauds qui montent' ne soient refroidis.
Dans le mode de réalisation suivant la fig.8 le vase d a un diamètre extérieur relativement grand et
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comporte quatre tubes/r ayant chacun un tube protecteur f,
Ce tube peut, de même que le vase' 2:., avoir une autre forme que la forme cylindrique, par exemple une forme rectan- gulaire.
La fig. 7 représente un mode de réalisation dans lequel la chaudière peut avoir une plus grande longueur que sa largeur et correspond à un certain nombre de chaudières cylindriques plus petites disposées en série. Les surfaces absorbant la chaleur ou refroidissantes c2 sont ration- nellement munies d'ailettes ou brides ou éléments ana- logues, comme le représentent.les figs. 2 et 8, ce qui facilite la transmission dé chaleur.
Le tube protecteur f peut être construit à parois simples ou doubles avec ou sans calorifugeage supplémen- taire. Il peut aussi être construit en diverses matières ou combinaisons de matières, dans chaque cas suivant les nécessités particulières. Il peut être percé à sa partie supérieure d'orifices av (comme le représente la fig.7) de sorte que le courant de gaz. qui monte peut passer progressivement de la chambre g, dans la chambre intermédiaire 'ou canal e et n'a pas besoin d'aller tout entier jusqu'à l'extrémité supérieure du tube protecteur pour y tourner. Ceci peut être désirable lorsque les gaz qui montent ont une température très éluvée.
Les gaz chauds destinés à chauffer.l'eau peuvent provenir de la combustion de gaz produits dans un gazogène, four à coke, ou'appareil analogue placé en dehors de la chaudière et qui sont amenés à la chaudière par les tuyaux d'admission i, comme le 'montrent les figs. 1,2,3,5 et 6.
, Les gaz peuvent aussi être produits'par combustion de
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pétrole, d'huile, de/poussier ou autre produit analogue, ou par combustion directe de combustible dans un foyer.
Ce dernier mode de chauffage est illustré par la fig.7 . qui représente un appareil dans lequel il est prévu.un récipient pour le combustible solide o qui peut être introduit dans ce récipient par une ouverture pouvant, être fermée au moyen d'un couvercle x. Le foyer comporte en bas un fond t descendant vers les deux côtés et les parois du récipient p se terminent à une certaine hauteur au-dessus de ce fond., dontles prolongements dirigés vers l'extérieur et vers le bas sont constitués par des grilles sur lesquelles se fait la combustion.
Les orifices d'ad- mission de l'air de combustion sont indiqués par k, Un cendrier est prévu sous les grilles et est limité vers l'intérieur par une tôle v Les chambres de combustion du foyer sont limitées vers l'extérieur par les parois du tube protecteur f, et il est prévu en haut de ces chambres des couvercles cintrés ou voûtes h, par lesquels les gaz chauds qui s'élèvent sont détournés et dirigés vers le bas. Les autres lettres de référence correspondent à celles des figs. 1 et 2.
Il est également possible d'imaginer d'autres va- riantes d'exécution rentrant dans le cadre de l'invention.
Il est par exemple possible de refroidir les gaz de com- bustion par admission d'un courant d'air dans la chambre intermédiaire ou canal e à une hauteur appropriée, par quoi les gaz perdus qui descendent sont mélangés à de l'air et en même temps refroidis. Comme ces gaz perdus contiennent beaucoup d'acide carbonique, ils peuvent
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être dirigés du bas de l'appareil à travers le sol dans une installation de serre pour' y maintenir, d'une part, une température rationnellement élevée et'., d'autre part, une atmosphère riche en acide carbonique accélérant la végétation. Ces gaz peuvent aussi être dirigés sur un terrain de culture à l'air libre.
Pour augmenter la teneur en acide carbonique des gaz perdus, on peut aussi ajouter dans le combustible, pendant la. combustion ou chauffage, des matières,dégageant de l'acide carbonique, par exemple du carbonate de chaux sous la forme de pierre à chaux ou produit analogue. Un chauffage de cette pierre à chaux peut aussi être opéré dans la partie supérieure du canal e, comme le montre la fig. 10. L'installation de foyer de ce dispositif est la même que celle de la fig. '7, mais le vase v est en bas en communication avec- ' le canal e qui est divisé par une cloison j en deux .compartiments qui communiquent l'un avec l'autre à leur partie supérieure.
Dans la partie supérieure du canal e et au-dessus du récipient a sont disposées des grilles Y2 ou dispositifs analogue sur lesquels de la pierre à chaux, par exemple, est cuite par les.gaz chauds.
La. température des gaz de combustion est de ce fait abaissée et ces gaz sont enrichis avec l'acide carbonique cédé par la'pierre à chaux. Dans le compartiment inté- rieur du récipient d, l'air extérieur est admis par le conduit m et, grâce à la disposition de la cloison cet air est réchauffé en contre-courant par les'gaz, avant de se mélanger dans la partie inférieure du canal e avec le gaz perdu riche en acide carbonique. Le mélange d'aire et de gaz s'écoule ensuite par'le conduit
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1 au lieu d'utilisation.
.On peut aussi naturellement, lors de l'introduction d'air dans le canal e, dépouiller les gaz de combustion d'une partie de leur chaleur dans la partie supérieure du canal en y disposant un récipient pour l'eau ou autre agent absorbant la chaleur.
Dans le cas de l'amenée d'air extérieur dans le canal e, il peut être rationnel que ce canal aille en s'élargissant progressivement vers le bas. De même, l'air peut être amené par échelons, de façon que les gaz qui descendent prennent une température progressivement de plus en plus basse par mélange avec l'air.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de chauffage ou réchauffage d'un fluide au moyen de gaz de combustion, caractérisé en ce que le gaz de combustion chaud est dirigé tout d'abord selon un courant ascendant sans refroidissement important et -ensuite selon un courant descendant avec refroidis- sement du gaz par un agent absorbant la chaleur.