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PERFECTIONNEMENTS AUX CHAUDIERES, TELLES NOTAMMENT QUE CELLES A VAPORISATION RAPIDE.
L'invention est relative aux chaudières, et concerne plus spécialement celles à vaporisation rapide.
Elle a pour but surtout de réaliser une chaudière qui, avec des dimensions réduites, est capable de procurer des quantités importantes de vapeur, et qui en outre comporte l'avantage d'être sensiblement auto-régulatrice au point de vue thermique.
Elle consiste à cet effet à faire comprendre à la chaudiè- re, outre une capacité renfermant un liquide tel,que l'eau à chauf- fèr ou à évaporer et enveloppée de toute manière convenable, aussi judicieuse que possible, par les carneaux à flammes et fumées d'un foyer ou des gaz chauds d'une autre source de chauffage associé, un circuit de fluide, qui peut avantageusement être le dit liquide, mais également un liquide ou un fluide différent, ijnfluencé d'une part par les températures les plus élevées du foyer ou autre source, et d'autre part par les températures, notamment les plus basses, du li-
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quide à échauffer ou vaporiser, de manière telle que le fluide du dit circuit soit d'une part porté à l'état de surchauffe pous- sée et d'autre part condensé,
ou ramené à des températures sensi- blement inférieures par transmission au fluide à vaporiser ou échauffer.
Elle consiste encore à agencer le circuit du fluide sur- chauffé et oondensé ou refroidi en circuit fermé, contenant une quantité en principe constante de fluide.
Elle consiste également à prévoir des agencements pro- pres à permettre de modifier à volonté les caractéristiques de fonctionnement de l'appareil ou chaudière, c'est à dire de lui faire produire de la vapeur saturée ou de la vapeur surchauffée, suivant les besoins.
En outre elle consiste à prévoir des moyens propres à permettre, dans certaines conditions, une alimentation automatique du circuit de surchauffe.
D'autres caractéristiques encore de l'invention ressorti- ront plus clairement du complément de description qui va suivre, se rapportant à certains modes préférés de réalisation, ainsi qu'à certaines formes, également préférées d'exécution, mais donnés bien entendu uniquement à titre d'exemples et représentés plus ou moins schématiquement clans les dessins annexés, dans lesquels
Fig. 1 est une vue en élévation et coupe d'une disposi-
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tion de chaudière conforme à l'invention;
Figs. 2 et 3 montrent, de même, deux variantes de ltagen- cement;
Figs. 4 et 5 montrent, schématiquement, le détail d'un montage permettant de modifier les caractéristiques de fonctionne- ment de la chaudière;
Fig. 6 est un détail d'un agencement assurant une alimen- tation automatique du circuit de surchauffe.
En se référant à la fig. 1, 1 désigne un conduit à flam- mes ou à fumées à très haute température, par exemple les flammes et fumées produites par un brûleur à gaz ou mazout (non représenté)
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logé dans la partie inférieure du conduit..
2 désigne la chambre à eau d'une chaudière de chauffage ou de vaporisation, limitée par un conduit à fumées ? et traversée par des conduits à fumées 4, parcourus par les produits de combus- tion venant du conduit 1 et se rendant au collecteur 5 pour passer, de là, à la cheminée 6.
La chambre 2 est équipée d'autre part d'une arrivée d'eau 7 et d'une sortie d'eau ou de vapeur 8.
De préférence dans le conduit 3 et dans la chambre à eau, extérieurement aux conduits 4, mais en tous cas d'une part dans un ou des conduits à fumées et d'autre part^clans la chambre à eau, on agence un circuit présentant une surface'développée par rapport à son volume ou capacité, et de ce fait, par exemple, réalisé avan- tageusement sous forme d'un tube contourné en hélieces 9 et 10, ce circuit étant en principe fermé sur lui-même et contenant un fluide vaporisable, avantageusement, mais non pas nécessairement, le même que celui remplissant la chambre 2, et remplissant partiellement seulement le circuit 9-10.'
Un agencement ainsi constitué fonctionne en principe com- me suit :
Le fluide du circuit 9-10 étant supposé en majeure partie condensé est rassemblé dans la portion inférieure du dit circuit,- si le conduit 1 et ensuite les conduits 3 et 4 sont échauffés par l'écoulement de flammes et de fumées vers le collecteur 5 et le dé- , part 6, le fluide de la portion 9 du circuit 9-10 s'évapore et se surchauffe dans le conduit 3 et gagne, par la communication il, la partie supérieure de la portion 10, ou il agit par pression sur le liquide de cette'portion, en même temps que ce liquide descend par gravité et par l'entraînement dû à la vaporisation dans la portion
9 et passe dans cette dernière par;
la communication 12
La vapeur surchauffée arrivant dans 10 par 11, y échange ses calories avec l'eau de la chambre 2 et de ce fait se condense, en se superposant au liquide initialement contenu dans 10 Le cy-
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cle de vaporisation et de condensation ainsi formé se poursuit tandis que l'eau de la chambre 2 s'échauffe et le cas échéant se vaporise, le rythme des vaporisation et condensation dans 9-10 s'accélérant jusqu'au moment;
ou l'équilibre de marche normale s'é- tablit dans le système pour réchauffement assuré par 1, 3 et 4, la demande en vapeur par 8 et le remplissage en eau par 7, ltéchan- ge se faisant très rapidement grâce à la forte surchauffe en 3, à la surface d'échange développée de 10 et aux grandes vitesses d'é- coulement dans 9 et 10.
Si, toutes'choses égales, la demande de vapeur en 8 oroit, l'introduction plus considérable-de liquide froid par 7 déterminera un abaissement de température dans 2, et un échange plus marqué avec 10, d'où une condensation également plus marquée du fluide du circuit 9-10 dans la portion 10, et un abaissement de la pression du circuit s'accompagnant d'une vaporisation plus rapide et d'un épuisement plus complet des chaleurs de l'agent de chauffage.
Si on le désire, et si la capacité de ohauffe le permet, on peut prélever par 13 une certaine quantité de vapeur surchauffée formée dans le circuit 9-10, du fluide étant dans ce cas et naturel- lement restitué au dit circuit, dans une mesure correspondante, par exemple par un conduit d'alimentation 14.
Dans la fig. 2 la disposition est dans l'ensemble analo- gue à celle décrite plus haut, mais dans la partie 9 du circuit 9-10 le serpentin est remplacé par une capacité limitée par deux parois 15 et l6 placées à-une faible distance l'une de l'autre, l'une-des parois, 15, étant avantageusement la paroi limitant le conduit 1.
En outre, l'écoulement-des fumées vers le collecteur 5 au lieu de s'effectuer à travers les tubes tels que 4 comme dans la figure 1, s'effectue par un passage annulaire 17 entourant par l'extérieur et, avantageusement, aussi par le bas et le haut la chambre d'eau 2 de l'appareil.
Le fonctionnement est le même que dans la disposition sui- vant la fig 1.
La figure 3 illustre une combinaison des dispositions des
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figures précédentes. On y retrouve la partie 9 du circuit 9-10 éta- blie sous forme de serpentin, et le passage des fumées 17 entourant la chambre d'eau 2 de la fig. 2. Le fonctionnement est également le même que dans les dispositions suivant les figures précédentes.
Suivant les figures 4 et 5, les conduits de départ 8 de vapeur saturée ou eau chaude et les communication 11 et départ 13 de vapeur surchauffée ont été combinés pour permettre'différents mo- des d'utilisation et de fonctionnement de l'appareil.
- A cet effet on a prévu un distributeur tournant 18 compre- nant deux passages 20 et 21, capables,dans une position, de relier
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l'un'ài'autr±déux,trônçons lla etllb de la oocmunioation i.1, d? une part, et d'autre part le conduit de départ 8 et le conduit d'ali- mentation 19 du circuit d'utilisation comme il est représenté fig.4, ou bien de relier le tronçon 11a prolongeant la'partie 9 du circuit 9-10 au conduit d'alimentation 19 du circuit d'utilisation et le conduit 8 de départ de la chambre 2 de l'appareil à la partie 10 du circuit,.9-10 comme il est représenté dans la fig 5 z ¯
Dans ces conditions, l'appareil fonctionne en générateur de vapeur surchauffée,
la vapeur saturée ou l'eau'chaude'venant du sommet de la chambre 2 par le conduit 8 se condensant ou se refroi- dissant dans la partie 10 pour vaporiser ou échauffer l'eau de la chambre 2 et ce condensat passant alors par la partie 9 du. circuit 9-10 pour se vaporiser et se surchauffer dans cette partie;
Dans un appareil tel que celui décrit, dans lequel le sys- tème 9-10 fonctionne normalement en circuit fermé et de plus autres haute pression, il est indispensable que le circuit 9-10 soit absolu-
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menthermétique.
Cette'condition peut ne pas être réalisée dans tous les cas en raison de petites imperfections de aonstruation ou de mon- tage par exemple, ou ne pas se maintenir en servioe, ce qui aurait pour résultat que, à la longue, le circuit 9-10 se viderait de son contenu.
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Pour parer à cette éventualité,'ôonformément à la fig. 6, on prévoit dans le circuit 9-10 une communication contrôlée avec la
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chambre à eau 2 de l'appareil.
Cette communication est assurée au moyen d'un dispositif injecteur 22, combiné avec un clapet de retenue 23, disposés dans la communication 12 entre les parties 10 et 9 du circuit 9-10, l'injeoteur étant placé dans un passage en libre communication avec la chambre 2, et avantageusement dans le passage 24 d'introduction de l'eau d'alimentation de cette chambre.
L'injecteur 22 est organisé pour fonctionner à partir d'une certaine vitesse d'écoulement du fluide dans la canalisation 12 et ses orifices d'entrée 25 peuvent, le cas échéant, être munis dans ce but de clapets automatiques.
Lesgrandës vitesses d'écoulement du fluide dans la com- munioation 12 se produisant précisément si ce circuit vient à se vider, 1'injecteur fonctionnera alors pour lui restituer une cer- taine quantité de liquide.
On remarquera que des vitesses élevées d'écoulement peu- vent se produire égaiement lors d'une vaporisation surabondante, ou totale du fluide du circuit 9-10. L'injecteur fonctionnerait également dans ce cas en accroissant la quantité de fluide de ce circuit et en provoquant, par voie de conséquence, une action modé- ratrice.
L'intensité de vaporisation venant à décroitre, la vites- se d'écoulement décroit au droit de l'injecteur, qui cessera d'in- troduire du fluide dans le circuit 9-10, tandis que le condensat plus abondant peut repasser en partie dans la chambre 2/ en raison de la pression plus élevée du circuit 9-10, par les ouvertures 25 ou par dautres ouvertures de section appropriée si les ouvertu- res 25 sont munies de clapets comme indiqué plus hauto
Les dites ouvertures de sortie pourraient, au besoin, être également munies de clapets.
Les chaudières de l'invention sont remarquables par leurs dimensions réduites pour des capacités calorifiques élevées et des rendements thermiques non atteints jusqu'à présent.
C'est ainsi, par exemple, qu'une chaudière d'une capacité '
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de 20. 000 et 25.000 calories/heure présente un volume de l'ordre de 1/15e de m3 et procure des rendements thermiques de 90% et plus, sans' que le rendement devienne inférieur à 7-80% en pério- des de consommation forcée.
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IMPROVEMENTS TO BOILERS, SUCH AS FAST VAPORIZATION.
The invention relates to boilers, and relates more especially to those with rapid vaporization.
Its main aim is to produce a boiler which, with reduced dimensions, is capable of providing large quantities of steam, and which furthermore has the advantage of being substantially self-regulating from a thermal point of view.
To this end, it consists in making the boiler understand, in addition to a capacity containing a liquid such as the water to be heated or evaporated and enveloped in any suitable manner, as judicious as possible, by the flues with flames. and fumes from a fireplace or hot gases from another associated heating source, a fluid circuit, which can advantageously be the said liquid, but also a different liquid or fluid, influenced on the one hand by the lowest temperatures. higher temperatures of the hearth or other source, and on the other hand by the temperatures, especially the lower ones,
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which is to be heated or vaporized, in such a way that the fluid of the said circuit is on the one hand brought to the state of high superheating and on the other hand condensed,
or brought to significantly lower temperatures by transmission to the fluid to be vaporized or heated.
It also consists in arranging the circuit of the overheated and oondensed or cooled fluid in a closed circuit, containing a generally constant quantity of fluid.
It also consists in providing specific arrangements to allow the operating characteristics of the appliance or boiler to be modified at will, that is to say to make it produce saturated steam or superheated steam, as required.
In addition, it consists in providing means suitable for allowing, under certain conditions, an automatic power supply of the overheating circuit.
Still other characteristics of the invention will emerge more clearly from the additional description which follows, relating to certain preferred embodiments, as well as to certain also preferred embodiments, but given of course only to as examples and represented more or less schematically in the accompanying drawings, in which
Fig. 1 is a view in elevation and in section of a device
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tion of boiler according to the invention;
Figs. 2 and 3 also show two variants of the arrangement;
Figs. 4 and 5 show, schematically, the detail of an assembly making it possible to modify the operating characteristics of the boiler;
Fig. 6 is a detail of an arrangement providing automatic power to the superheat circuit.
Referring to fig. 1, 1 designates a very high temperature flame or smoke duct, for example the flames and smoke produced by a gas or oil burner (not shown)
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housed in the lower part of the duct.
2 designates the water chamber of a heating or vaporization boiler, limited by a flue gas pipe? and crossed by flue pipes 4, traversed by the combustion products coming from pipe 1 and going to the manifold 5 to pass, from there, to the chimney 6.
Bedroom 2 is also equipped with a water inlet 7 and a water or steam outlet 8.
Preferably in the conduit 3 and in the water chamber, outside the conduits 4, but in any case on the one hand in one or more smoke conduits and on the other hand ^ clans the water chamber, a circuit is arranged having a surface developed with respect to its volume or capacity, and therefore, for example, advantageously produced in the form of a tube bypassed in helieces 9 and 10, this circuit being in principle closed on itself and containing a vaporizable fluid, advantageously, but not necessarily, the same as that filling chamber 2, and only partially filling circuit 9-10. '
An arrangement thus formed functions in principle as follows:
The fluid of circuit 9-10 being assumed to be mostly condensed is collected in the lower portion of said circuit, - if conduit 1 and then conduits 3 and 4 are heated by the flow of flames and fumes towards the manifold 5 and starting 6, the fluid from portion 9 of circuit 9-10 evaporates and overheats in conduit 3 and gains, through the communication il, the upper part of portion 10, or it acts by pressure on the liquid of this portion, at the same time as this liquid descends by gravity and by the entrainment due to the vaporization in the portion
9 and passes in the latter by;
communication 12
The superheated steam arriving in 10 by 11, exchanges its calories there with the water in chamber 2 and thus condenses, being superimposed on the liquid initially contained in 10 The cy-
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The vaporization and condensation key thus formed continues while the water in chamber 2 heats up and, if necessary, vaporizes, the rate of vaporization and condensation in 9-10 accelerating until the moment;
where the normal operating equilibrium is established in the system for heating ensured by 1, 3 and 4, the steam demand by 8 and the water filling by 7, the exchange taking place very quickly thanks to the strong overheating in 3, at the developed exchange surface of 10 and at high flow speeds in 9 and 10.
If, all things being equal, the demand for steam in 8 or, the more considerable introduction of cold liquid by 7 will determine a lowering of temperature in 2, and a more marked exchange with 10, from which also more marked condensation. of the fluid of the circuit 9-10 in the portion 10, and a lowering of the pressure of the circuit accompanied by a faster vaporization and a more complete exhaustion of the heat of the heating agent.
If desired, and if the heating capacity allows it, a certain quantity of superheated vapor formed in circuit 9-10 can be taken by 13, fluid being in this case and naturally returned to said circuit, in a corresponding measurement, for example by a supply duct 14.
In fig. 2 the arrangement is generally analogous to that described above, but in part 9 of circuit 9-10 the coil is replaced by a capacity limited by two walls 15 and 16 placed at a short distance one from the other. on the other, one of the walls, 15, being advantageously the wall limiting the duct 1.
In addition, the flow of the fumes to the collector 5 instead of taking place through the tubes such as 4 as in FIG. 1, takes place through an annular passage 17 surrounding from the outside and, advantageously, also from below and above the water chamber 2 of the device.
The operation is the same as in the arrangement according to fig 1.
Figure 3 illustrates a combination of the layouts of
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previous figures. It contains part 9 of circuit 9-10 established in the form of a coil, and the passage of the fumes 17 surrounding the water chamber 2 of FIG. 2. The operation is also the same as in the arrangements according to the previous figures.
According to Figures 4 and 5, the outlet conduits 8 for saturated steam or hot water and the communication 11 and outlet 13 for superheated steam have been combined to allow different modes of use and operation of the apparatus.
- For this purpose a rotary distributor 18 is provided comprising two passages 20 and 21, capable, in one position, of connecting
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un'ài'autr ± déux, thrones lla etllb of oocmunioation i.1, d? on the one hand, and on the other hand the starting duct 8 and the supply duct 19 of the user circuit as shown in fig. 4, or else to connect the section 11a extending the part 9 of the circuit 9 -10 to the supply duct 19 of the user circuit and the starting duct 8 from chamber 2 of the device to part 10 of the circuit, .9-10 as shown in fig 5 z ¯
Under these conditions, the device operates as a superheated steam generator,
saturated steam or 'hot' water coming from the top of chamber 2 through conduit 8 condenses or cools in part 10 to vaporize or heat the water in chamber 2 and this condensate then passes through part 9 of. circuit 9-10 to vaporize and overheat in this part;
In an apparatus such as that described, in which the system 9-10 normally operates in a closed circuit and at higher pressures, it is essential that the circuit 9-10 be absolute.
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thermhermetic.
This condition may not be fulfilled in all cases due to small imperfections in construction or assembly for example, or may not be maintained in service, which would result in, in the long run, circuit 9- 10 would empty itself of its contents.
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To deal with this eventuality, 'in accordance with FIG. 6, circuit 9-10 provides for controlled communication with the
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water chamber 2 of the device.
This communication is ensured by means of an injector device 22, combined with a check valve 23, arranged in the communication 12 between the parts 10 and 9 of the circuit 9-10, the injector being placed in a passage in free communication with the chamber 2, and advantageously in the passage 24 for introducing the feed water to this chamber.
The injector 22 is organized to operate from a certain speed of flow of the fluid in the pipe 12 and its inlet orifices 25 can, if necessary, be provided for this purpose with automatic valves.
Since the high velocities of fluid flow in communication 12 occur precisely if this circuit becomes empty, the injector will then operate to deliver a certain quantity of liquid to it.
It will be appreciated that high flow velocities can also occur during excessive or total vaporization of the fluid in circuit 9-10. The injector would also function in this case by increasing the quantity of fluid in this circuit and causing, consequently, a moderating action.
As the intensity of vaporization decreases, the flow rate decreases at the level of the injector, which will cease to introduce fluid into circuit 9-10, while the more abundant condensate can partially pass through. in chamber 2 / due to the higher pressure in circuit 9-10, through openings 25 or through other openings of suitable cross-section if openings 25 are fitted with valves as indicated above
Said outlet openings could, if necessary, also be provided with valves.
The boilers of the invention are remarkable for their reduced dimensions for high heat capacities and heat yields not achieved until now.
Thus, for example, a boiler with a capacity '
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of 20,000 and 25,000 calories / hour has a volume of the order of 1 / 15th of a m3 and provides thermal yields of 90% and more, without the yield falling below 7-80% in periods of forced consumption.