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Chaudière inversée pour le chauffage des
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L'invention a pour objet une chaudière destinée particulièrement, mais non exclusivement, à tre utilisée dans les installations industrielles et les usines, en vue du chauffage des locaux.
Dans le brevet des Etats-Unis n 2, 376,140 du 15 Mai 1945 on a décrit une chaudière du type auquel s'appli- que la présente invention. Une telle chaudière comprend . une chambre de combustion placée à l'intérieur d'une enveloppe, mais sans contact avec ses parois.Du combus- tible est brûlé dans la chambre de combustion et les
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produits de la combustion se rendent de cette chambre à des orifices de sortie en traversant des jeux de tubes échangeurs de température.Ces tubes communiquont à une extrémité avec l'intérieur de la chambre de combustion, et, à l'extrémité opposée,
avec la sortie des gaz.Ces tubes sont disposés dans l'espace entre les parois de la chambre de combustion et l'enveloppe exterieure et des ventilateurs font circuler l'air entre les tubes et entre les parois de la chambre de combustion et de l'enveloppe,pour la faire sortir par les orifices de sortie.Les filets d'air qui lèchent les surfaces externes chaudes des tubes échangeurs de température et de la chambre de combustion sont chauffés au degré voulu et, après être sortis par les ouvertures, servent à chauffer des locaux(usines,magasins,etc...).
Dans la mise en oeuvre de cette chaudière;, certains perfectionnement ont été réalises en ce qui concerne la construction de la chambre de combustion en elle-même, Un outre,certains avantages ont été obtenus par une dispo- sition spéciale de plusieurs séries ou jeux do tubes échan- gerus de température et de collecteurs situés à l'exté- rieur de la chambre de combustion,mais à l'intérieur de l'enveloppe externe de la chaudière,
en combinaison avec un carneau et un ventilateur éjecteur formant un ensemble monté sur la paroi extérieurede l'enveloppe.Les perfec- tionnements qui visent la construction de la chambre de combustion font l'objet d'un brevet français déposé le même jour au mme nom pour "chaudière à chauffage direct" les dispositions de tubes échangeurs, de collecteurs, et du ventilateur font l'objet d'un brevet français déposé le même jour au même nom pour ++circuit des gaz chauffants pour chaudières à chauffage direct!!.
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Dans ces brevets on a représente-des chaudières du type vertical destinées à reposer sur le sol,une fondation, etc.. dans une position telle que les orifices de sortie d'air chaud soient places à la partie supérieure de la chaudière.Mais il est possible et, dans oertains cas,il est en pratique nécessaire,que les chaudières soient suspendues en l'air dans le local à chauffer,ce chau- dières suspendues ayant leurs orifices de sortie d'air disposés au bas ou à la partie Inférieure de la chaudière, Les perfectionnements décrits dans les deux brevets pré- cités peuvent être,dans certains caij facilement applica- bles aux chaudières du type surélevé ou suspendu; mais le présent brevet vise plus particulièrement des dispositif:
applicables aux chaudières suspendues, grâce auxquels' on obtient,en particulier(mais non exclusivement) dans ce type de chaudière, une économie dans la fabrication et une amélioration dans le fonctionnement.
L'invention sera mieux comprise'en se réfé- rant aux dessins annexés sur lesquels:
La figure I est une vue de la chaudière en élévation en supposant la paroi de l'enveloppe externe en- levée pour montrer les détails de la partie interne.
La figure 2 est une coupe par II-II figure I.
La figure 3 est une vue de la chaudière en bout depuis-la droite 'de la figure 1 mais sans le brûleur et avec la porte dans laquelle le brûleur.est monté vue en élévation.
La figure 4 est une coupe horizontale mon- trant la chaudière vue par en-dessous,par 'le plan IV-IV @ de la figure I.
La figure 5 est une coupe transversale sché- matique de la chaudière montrant les circuits: d'une part des flammes et des gaz de la combustion,et d'autre part de l'air chaud.
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En se reportant aux dessins, on voit en 2 la chambre de combustion disposée à l'intérieur des parois latérales 3,4 et des parois extrêmes 5,6 de l'enveloppe externe,mais à distance de ces parais,Par ailleurs, on peut considérer que la chaudière est construite suivant le brevet des Etats-Unis n 2.376.140 et suivant le brevet français pour Chaudière à chauffage direct men- tionnés plus haut. Sur la figure I,, on a enleva la paroi latérale 3 pour montrer la chambre de combustion et les autres organes à l'intérieur de l'enveloppe.
Dans ce cas, on supposera que la chaudière est chauffée 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 travers une ouverture 9 dans la paroi correspondante de la chambre de combustion, un mélange de combustible et d'air.La chambre de combustion a la forme représentée figure 2, en coupe. La partie inférieure de cette chambre est constituée par un auget en forme de V recouvert intérieurement d'un revêtement réfractaire 11? Dans cet auget est projeté par le brûleur un jet de combustible et d'air en combustion qui suit longitudinale- ment la chambre.
Lorsque ce jet arrive au 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 montent dans un conduit 10 ménagé au voisinage de l'extrémité dans laquelle se trouve le brûleur, à la partie supérieure de la chambre de combustion.Le conduit 10 aboutit à un collecteur 13 d'ou les gaz chauds circulent à travers une rangée inférieure de tubes échangeurs14, un collecteur 15, une rangée inférieure de tubes échangeurs 16, et un carneau 17 pour aboutir à un ventilateur 18 qui les envoie dans l'atmos- phère ou dans une cheminée(non représentée)
.Le carneau contient un volet 19 qui permet de régler l'action du
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ventilateur suivant les besoins.
Dans la partie supérieure de l'énveloppe externe de la chaudière on a disposé des ventilateurs(trois ventilateurs 20 dans l'exemple représente)dont les rotors sont calés sur un arbre commun 21 aotionnépar un moteur électrique.Ces ventilateursaspirent l'air dans l'atmos- phère et l'envoient dans le haut de l'enveloppe et de là, vers le bas, à travers lessséries de tubes 16 et 14 Des plaques métalliques 23,24 formant une sorte d'entonnoir renversé en coupe transversale,limitent les courants d'air de façon à ce qu'ils passent entre et sur-les surfaces chauf.
fées des tubes éohangeurs.On remarquera que,,' dans la figure Incertaines parties de la plaque 24 sont ,arrachées pour plus de clarté,
Lorsqu'il quitte les tubes échangeurs,le courant d'air vient heurter la partie supérieure de.la chambre de combustion 2 et, s'étslant à son contact,descend à tra- vers les pasages verticaux formés par et entre les parois chaudes de la chambre de combustion et les parois 3,4,5 et 6 de l'enveloppe externe.A la partie inférieure de l'appareil,les parois latérales de la chambre de combus- tion et l'enveloppe externe convergente en restant pabal- lèles entre elles, et l'air chaud qui est envoyé vers le bas, entre ces parois, s'échappe, par des bouches munies de persiennes, 25,
pour pénétrer dans le local à chauffer.
La partie inférieure en forme de V ,les parois latérales, extrêmes et supérieures de la chambre de combustion 2 peuvent être formées de tôle plane,ou de plats d'acier coupés au gabarit voulu,rectifiés et assem- blés par exemplepar soudure.Ou bien la chambre-de la combustion peut être formée partiellement de tôle ondulée et partiellement de tôle lisse comme cela est indiqué dans les brevets français précités, remarque étant faite
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que la chambre de combustion 2 décrite dans le présent brevet peut être identique à la chambrede combustion décrite dans les brevets précités, en la supposant seulement inversée,c'est-à-dire que la partie supérieure en V de la chambre de combustion décite dans lesdits brevets, devient, dans le présent brevet,le fond en auget de la.
chambre de combustion, tandis que le fond arrondi des précédents brevets devient ici la partie supérieure.De même, ici) les collecteurs 13 et 15 sent placés j, ainsi que les tubes échangeurs, au-dessus de la chambre et les passages 10 débouchent en montant (au lieu de en des- cendant) dans le collecteur 13. Suivant le présent brevet le revêtement réfractaire II est appliqué au fond en V de la chambre de combustion tandis que los parois et la voûte arrondie n'ont pas de revêtement. Bien entendu, dans certains cas, la partie inférieure en v,qu'elle soit ondulée ou non, peut être tonnée de tôles réfractaires et dans ce ca.s le revêtement II devient inutile.
Les parois de l'enveloppe externe peuvent' être faites de tôle métallique, de plaques en une composition réfractaire, ou de tôle revêtue de substance réfractaire.
Les parois extrêmes et latérales de la chambre de combustion sont munies de plaques déflectrices 35,36, destinées à donner une certaine turbulence aux filets d'air qui se dirigent vers le bas en balayant les surfaces externes chaudes de la chambre de combustion et à assurer ainsi un contact plus intimede l'air avec les surfaces chaudes, ce qui donne une meilleure transmission de chaleur.
Il doit être entendu que la chaudière qui vient d'être décrite est destinée à être suspendue ou supportée
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d'autre manière de façon que l'arrivée d'air froid se fasse au sommet de,l'appareil et la sortie d'air chaud à la base. D'ordinaire, la chaudière est placée de manière que les bouches 25 soient placées au-dessus des têtes des occupants dans le local ou l'espace à chauffer. Les dispositions particulières de construction de l'appareil qui, en pratique, ont donné lieu à un rendement thermique élevé constituent une caractéristique essentielle de la chaudière suspendue suivant l'invention.
Il doit être entendu que'l'on peut placer deux ou plusieurs séries ou jeux de tubes échangeurs 14,16, au-dessus de la chambre de combustion mais à l'intérieur de l'enveloppe de la chaudière, ainsi que les collecteurs 13 et 15. Le carneau 17 et le ventilateur extracteur 18 sont montés, en un ensemble, sur, la paroi externe de l'en- veloppe, au voisinage de son sommet. Le carneau 17 forme un collecteur auquel aboutissent les extrémités des tubes échangeurs supérieurs ou secondaires.Le ventilateur 18 est monté immédiatement au-dessus de la paroi de cet-en- semble; collecteur-carneau 17, -et est placé de façon que son rotor soit aligné avec l'arbre 21 qui porte'le rotor des ventilateurs 20.
L'arbre 21 se prolonge à l'extérieur de la paroi de l'enveloppe par une partie de plus faible diamètre sur laquelle est calé le rotor du ventilateur 18.
Par suite, tous les ventilateurs que comportent la chau- dière : les ventilateurs d'ait et le ventilateur- extrac-' teur des gaz de combustion sont actionnés par un -arbre unique 21 entraîné, par courroie ou par engrenages, par un moteur unique 22. On voit donc le grand avantage qui résulte en pratique de çe que le ventilateur extracteur se trouve placé sur la paroi de l'ensemble: collecteur- carneau 17.Cet avantage peut d'ailleurs être obtenu non
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seulement dans les chaudières dont les bouches d'air sont placées à la partie inférieure de la chaudière, mais dans un grand nombre d'autre types de chaudières, par exemple dans les chaudières décrites dans les bre- vets français mentionnes plus haut.
On remarquera que la paroi transversale en forme de V disposée à l'extrémité de la chambre de combustion opposée au brûleur pour recevoir le choc du jet de flammes du brûleur;, d'après le brevet U.S.A. 2,376,140 précité disparait 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 postérieure de la chaudière.
Comme on le voit par les flèches en traits pleins de la figure 5, le trajet des flammes et produits de la combustion qui circulent d'abord suivait un circuit deux fois infléchi dans la chambre de combustion., puis, en passant deux fois successivement dans les tubes échangeurs, a pour résultat un excellent rendement thermique de la chaudière.Plus particulièrement, le brûleur 7 envoie une colohne de combustible et d'air en combustion le long de la partie réfractaire, en forme d'auget en V, de la chambre de combustion.
On fera à nouveau remarquer ici que la partie réfractaire de la chambre de combustion peut être constituée par un métal réfractairesans revêtement spécial II.En approchant de l'extrémité opposée 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 supérieures, conductrices, de la chambre de combustion;
puis, atteignant l'extrémité @
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de la chambre de combustion dans laquelle se trouve le brûleur, les flammes et les gaz sont défléchis vers le haut, suivant un courant dont la largeur sensiblement celle de la chambre de combustion,pour pénétrer dans -le conduit 10 au-dessus du parcours du jet de flamme du brûleur 7, En quittant le conduit 10,les finîmes et les produits de la combustion entrent dans 'le collecteur 13 et passent dans la série inférieure, 14;, de tubes échangeurs,d puis dans le collecteur 15 et enfin dans la série supérieure 16 de tubes échangeurs pour aboutir à l'ensemble:
collec- teur-carneau 17.Ce courant ou circuit des flammes et gaz chauds est produit par l'action du ventilateur-extracteur 18, action qui peut être réglée en agissant à là main sur le registre 19. On voit donc que les flammes ou les gaz chauds suivent deux trajets sensiblement horizontaux à l'intérieur de la chembre de combustion 2, -après quoi ils s'élèvent au-dessus de la chambre de combustion et passent, suivant deux directions horizontales successives et opposées dans des séries successives de tubes échangeurs de chaleur, pour aboutir finalement à un ensemble:
carneau- ventilateur extracteur.Ce circuit des flammes 'et gaz chauds tout d'abord dans la chambre de combustion, muis dans les diverses séries de tubes échangeurs, en combinaison avec la circulation d'air(flèches pointillées figure 5) d'abord sur les surfaces extérieures des diverses series de tubes puis le long des surfaces externes des parois de la chambre de combustion, donne lieu à un rendement dans rechange ther- mique qui avoisine pratiquement l'idéal.
Il ) a lieu de noter que la circulation d'air a lieu dans une direction transversale aux divers trajets horizontaux successifs des flammes et des gaz chauds( c'est-à-dire verticalement)
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L'air primaire de combustion arrive,avec le com- bustible, par le brûleur 7, tandis que l'air secondaire de combustion est attiré depuis l'espace 41 entre La paroi extrême 6 de l'enveloppe externe et la paroi extrême voisine de la chambre de combustion 2 dans le jet d'air et de combustible sortant du brûleur. Des orifices ou conduits 70, voisins de l'extrémité de sortie du brûler, servent d'orifices d'entrée pour l'admission de cet air secondaire au mélange- d'air primaire et de combustible.
L'air secondaire qui arrive entre l'enveloppe externe et les parois chaudes de la chambre de combustion est ainsi échauffé,ce qui procure certains avabtages Au-dessus et sur les faces opposées du brûleur 7, sont placés des registres ou papillons 42 dans l'espace 41 En réglant à la main la position de ces papillons, on peut régler à la valeur optimum l'arrivée de l'air secondaire chauffé au brûleur, Eon peut ainsi obtenir une combustion excellente dans la chaudière.
Dans tout ce qui précède on a. supposéque le fluide chauffé à son passage 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'appareils décrits et représen- tés mais que l'on pourrait s'en écarter sans sortir pour cela de l'invention.