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déposé à l'appui d'une demande d'un BREVET D'INVENTION Formée pour Perfectionnements à la construction des chaudières pour le chauffage direct. la Société dite : BRAVO CORPORATION Pennsylvanie Dravo Bulding, 300 Penn Avenue, Pittsburgh 22,/Etats-Unis d'A-
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Conven-b ioi7-c76"i!EcTi-e-i7:7-gfat s -Unis mérique. n de dépôt 425.582 du b Janvier 1942 -
L'invention a pour objet des chaudières plus particulièrement destinées à être utilisées dans des installa-,tions de chauffage de locaux industriels, ,du type généralement connu sous le nom de " chaudières pour chauffage direct ".
Ces chaudières comportent une double paroi. La chaleur est produite dans la chambre intérieure en y brûlant un combustible approprié(généralement du gaz ou de l'huile) et, à travers les parois de cette chambre, la chaleur est transmise à l'air qui se divise en divers courant balayant l'in-
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tervalle entre les parois. Les chaudières de ce type sont très utiles lorsque l'on n'a pas de vapeur à sa disposition.
Elles sont principalement utilisées dans les installations industrielles, les grands garages, les hanga.rs, etc. On peut, bien entendu, les utiliser partout ailleurs. Il est désirable que : l'appareil puisse être soit suspendu, soit supporté par en-dessous ; il occupe sur l,e sol une surface relative- ment faible ; il puisse donner un bon rendement en fonc- tionnant soit à l'huile, soit au gaz ;il soit, à l'usage, sûr et commode. Une chaudière de ce type est décrite dans le brevet délivré aux Etats-Unis le 26 Avril 1938 sous le n 2.115.057, au nom de Harold C. ANDERSON.
La présente invention a pour objet des perfectionnements dans la construction de ces appareils ayant pour résultat une augmentation du rendement, un accroissement de la durée, et une diminution de l'espaça occupée
Sur les dessins annexés, la figure 1 est une élévation d'une chaudière au gaz, suivant l'invention et la figure II est une vue de la même chaudière en bout.
Dans ces deux vues, des parties des parois sont arrachées de manière à montrer les organes internes en élévation et en coupe.
La figure III est une coupe partielle de la chaudière dans le sens horizontal par le plan III-III figure I.
La figure IV est une section transversale par leplan IV-IV figure III. ,
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La figure V est une vue partielle montrant en perspective la manière dont les parois latérales de la chambre intérieure de la chaudière, formées de tôles ondulées, sont placées bord à bord et prêtes à être assemblées par soudure à un fer cornière disposé entre leurs bords. Le fer cornière est représenté partiellement dans la position qu'il occupe avant d'être avancé longitudinalement entre les bords au contact des tôles ondulées.
La figure VI est une vue à grande échelle et en coupe ; elle montre les tôles ondulées et le fer cornière assemblés.
La figure VII est une vue analogue de profil.
La figure VIII est une vue analogue à la figure VII du même assemblage, après que les ailes du fer cornière ont été découpées selon le contour des bords des tôles ondulées.
La figure IX est une vue analogue à la figure I, montrant l'invention appliquée à une chaudière destinée à être suspendue par exemple à un toit ou à un plafond et à envoyer un courant d'air chaud vers le bas.
En se référant tout d'abord à la chaudière représentée sur les figures I à IV, on constate que cet appa- reil est destiné à reposer sur le sol. Il est à double paroi.
La paroi intérieure est formée essentiellement de deux tôles ondulées 1 de forte épaisseur, galbées de manière à former deux cuvettes réunies par leur bord, comme on le voit sur les figures II et IV. Cette chambre de chauffage est disposée dans la position horizontale représentée sur les dessins, avec
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les bords des cuvettes dans un plan vertical commun.
Les lignes d'assemblage des tôles de la chambre de chauffage peuvent être avantageusement constituées à la manière représentée sur les figures V à VIII. Les tôles sont coupées carrées ou à peu près ; deux longueurs de L'or cornière 2 sont mises en place (en haut et en bas) et, sur les ailes, sont soudées les tôles lelong deleurs bords découpées. Après cette liaison, il est bon de découper les parties des ailes des fers cornièrcs qui se trouvent en face des creux des ondulations (voir figure VII et VIII) en lais- sant ainsi ces creux libres. La chambre de chauffage est fermée par des fonds 3 en tôle d'acier complétant une chambre en acier soudée étanche.
La manière dont on réunit les bords voisins des tôles ondulées est plus particulièrement décrite dans le brevet déposé le même jour au même nom pour " Chau- dière à chauffage direct ".
La paroi extérieure ou enveloppe est faite en forte tôle d'acier. Comme on le voit figure I, trois panneaux soudés ensemble forment les côtés 4 de l'enveloppe et, sur ces bords, cet ensemblepeut être réuni de manière amovible mais étanche avec les extrémités 5 et avec un support. A son sommet, cet ensemble porte les bouches d'air chaud 6. L'ensemble 4 peut être démonté et enlevé pour accéder à l'intérieur.
L'enveloppeest supportée par un socle 7.
Sur ce socle, les extrémités 5 de l'enveloppe sont montées à demeure et, sur ce socle (de même qu'aux extrémités 5) la carapace 4 est fixée de manière'amovible. Dans le socle
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sont des prises d'air 8 et des ventilateurs 9 actionnés par un moteur 10. Les ventilateurs aspirent l'air à travers les prises d'air et l'envoient, en courant ascendant, à travers l'espace laissé libre entre l'enveloppe externe et les parois de la chambre de chauffe, puis, de là, à travers les bouches.
On remarquera que la chambre de chauffage disposée à l'intérieur de l'enveloppe oblige le courant d'air envoyé par le ventilateur à se diviser en deux branches de faible épaisseur' s'étalant sur les surfaces de la chambre de chauf- fage et permet ensuite à ces branches de se réunir avant de sortir par les bouches 6. Les parois de la chambre de chauf- fage sont munies extérieurement de plaques déflectrices 11, du type décrit et représenté dans le brevet ANDERSON précité, pour diriger les filets d'air de manière qu'ils reçoivent plus efficacement la chaleur des parois. Le courant d'air ascendant enveloppe aussi les parois extrêmes de la chambre de chauf fage.
A travers une des extrémités 5 de l'enveloppe et à travers l'extrémité voisine 3 de la chambre de chauffage passe un brûleur 12. Il suffit de savoir que ce brûleur permet d'envoyer longitudinalement un jet de flammes dans la chambre de combustion. Ce peut être la flamme du gaz. A l'intérieur de l'enveloppe, à l'extérieur de,.la chambre de chauffage, et en amont de cette chambre (par rapport au sens du trajet de l'air) se trouve une batterie de tubes, généralement en acier, de disposition appropriée aux échanges thermiques. Sur les dessins ces tubes sont au nombre de huit, symétriquement dis- posés par rapport au plan axial vertical et longitudinal de la chaudière.
La chambre de chauffage est reliée à ces tubes à une extrémité et, à leur autre extrémité, un aspirateur 14
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aspire les gaz.
L'invention a pour objet des perfectionnements dans la forme et dans la construction d'une chaudière com- portant les caractéristiques générales précitées. On décrira d'abord le revêtement 15 à l'intérieur de la chambre de chauffage.
Le brevet ANDERSON mentionné plus haut montre un foyer en forme d'auge, en briques réfractaires, construit à l'intérieur et dans la partie inférieure de la chambre de chauffage. Un brûleur disposé dans une ouverture de la tête de la chambre de chauffage envoie longitudinalement un jet de flamme dans ce foyer. Entre la surface externe d.u foyer et la surface interne de la chambre de chauffage sont ména- gés d'étroits passages à travers lesquels les gaz de la combustion quittant la chambre de chauffage sont aspirés vers le bas par le ventilateur !il. Le foyer d'Anderson remplit trois fonctions.
Il constitue en premier lieu un élément d'absorption et de radiation de chaleur destiné à provoquer et à intensifier la combustion du combustible ; comme il est en briques réfractaires, il empêche le trajet de la chaleur depuis la surface interne fortement chauffée du foyer jusqu'au gaz froids qui se trouvent à l'extérieur ; enfin il sert à limiter les passages des gaz chauds et à enfermer le. coûtant sortant (le gaz chauds, de sorte qu'ils balaient la surface interne de la chambre de chauffage dans la région dans laquelle le courant d'air commence à passer sur la surface extérieure de la paroi de la chambre de
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chauffage.
Dans la chaudière suivant la présente invention, les passages de sortie entre le foyer et la paroi de la chambre de chauffage sont supprimées et, à leur place, les gaz sortant vont de la chambre de chauffage dans la batterie de tubes 18.
C'est sur la surface externe de.ces tubes que passe le courant , d'air. C'est à ces tubes que les gaz sortant cèdent leur der- nière partie de chaleur et c'est de ces tubes que l'air arri- vant reçoit son premier accroissement de température. Comme il n'est plus nécessaire de prévoir des passages entre le foyer et la paroi de la chambre de chauffage, il n'est plus nécessaire d'avoir une maçonnerie relativement épaisse et capable de se soutenir par elle-même, non plus que de faire usage de briques isolantes. Au. lieu de cela on prévoit un revêtement approprié pour absorber et radier la chaleur, obtenu en étalant une matière plastique réfractaire sous forme de revêtement immé- diatement sur la surface interne des parois ondulées de la chambre de chauffage. Ce revêtement durcit in situ.
C'est un revêtement continu qui s'étend sur la surface interne des parois de la chambre de chauffage, sur toute la partie infé- rieure de cette chambre. Il favorise la combustion ; il protège les parois de. cette chambre là où la flamme est le plus intense ; il conduit et radio la chaleur aux parois métallique 1. qu'il recouvre et qui le surplombent, après quoi ces parois fournissent à leur tour de la chaleur à l'air qui les balaye.
Il n'est ni nécessaire,ni même désirable, de constituer le revêtement 15 par un réfractaire très isolent.
Le premier but du revêtement est en effet d'activer la com-
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bustion du courant de combustible et de protéger les parois métalliques de la chambre de chauffage là où la flamme est la plus active. Inévitablement, ce revêtement radio de la . chaleur vers le haut, vers les parois supérieures non revêtues de la chambre de chauffage ; inévitablement le revêtement réfractaire est conducteur de la chaleur à un degré apprécia- ble, de sorte que la chaleur pénètre dans la paroi de la chambre de chauffage, même là ou cette paroi est ainsi re- vêtue. Un revêtement relativement mince d'un réfractaire de faible pouvoir isolant thermique suffit pour lebut indiqué.
Outre cela, la pénétration de la chaleur à, travers la paroi enduite de réfractaire n'est pas indésirable ; elle est au contraire désirable. En fait le revêtement qui est utilisé avec entière satisfaction est en un matériau qui, en conduc- tibilité thermique, dépasse trois fois la brique réfractaire de l'ancienne chaudière mentionnée plus haut et dont l'épais- suer est égale à un tiers de celle des parois de l'ancien foyer. foyer. Un tel revêtement peut être obtenu et on le trouvera sous bien des rapports supérieur au foyer de maçon- nerie conforme au brevet U.S.A. mentionné.
En cc qui concerne les dimensions de la chambre de chauffage le résultat net de la modificationdécrite est qu'une chambre de chauffage de 70 cm de large donnera un débit d'air chaud équivalent à celui d'une chambre de 100cm de large construite suivant l'ancien modèle. Ceci veut dire que la largeur hors tout de l'appareil tout entier peut être
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réduite de 30cm et logée dans un espace sur le plancher pas plus grand que celui-ci d'un radiateur à vapeur donnant le même débit d'air et entraînant la même consommation d'énergie électrique.
Cette modification dans la construction du foyer donne lieu à une économie, non seulement en volume total, mais également en poids et en prix de revient. En fait, cette économie est égale à la dépense résultant des tubes de réchauffage (tubes 13) ajoutés. De sorte que, malgré l'accrois- sement du prix en matière première et en main-d'oeuvre, il est possible d'obtenir la nouvelle chaudière sensiblement au même prix que l'ancienne, tout en fournissant un article supérieur.
Un autre grand avantage qui résulte de l'utilisation de revêtement réfractaire plastique pour la chambre de chauffage réside dans le fait que le revêtement peut être posé pendant la fabrication de la chaudière, celle- ci pouvant ainsi être expédiée avec le revêtement déjà en place.
Un foyer revêtu d'un revêtement réfractaire plastique de poids relativement faible a en outre l'avantage que la quantité de chaleur emmagasinée à son intérieur est faible. Dans l'ancienne chaudière, la quantité de chaleur emmagasinée dans le foyer était si grande que lorsque l'on éteignait le brûleur, il fallait continuer à faire tourner les ventilateurs de circulation d'air pendant longtemps, ce qui correspondait à une dépense inutile d'énergie. Dans
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la nouvelle chaudïèrep les ventilateurs et le brûleur peuvent être mis au repos en même temps, sans danger de surchauffe des parois métalliques.
En conséquence de cette diminution, de largeur sans diminution de capacité, la chambre de chauffage peut être plus efficacement mise en forme delignes de cou- rant. Cette chambre est,ainsi qu'on l'a dit,prolongée vers le bas et vers le haut en bords aigus (figure II et IV) et l'on a trouvé que, même avec ]'addition des tubes 13, un moteur 5HP fournit un débit d'air qui, avecl'ancienne chau- dière, nécessitait un moteur de 7,5 HP. A ce sujet c'est la première fois qu'une chaudière pour chauffage direct posée sur le sol peut être alimentée avec une consommation réduite d'énergie électrique et rendue tout à fait comparable à un radiateur à, vapeur d'égale capacité.
En raison de l'amincissement en forma de lignées de courant du bord supérieur de la chambre de chauffage on peut corriger un défaut inhérent à l'ancienne chaudière : la surchauffe en ce point. La formation d'un point chaud est empêchée dans la nouvellechaudière perfectionnée à. la fois par l'éloignement de cette partie de ]'appareil (le sommet de la chambre de chauffage) à plus grande distance de la flamme et par le balayage plus efficace par le courant d'air de chaque centimètre de la surface externe de la paroi de la chambre.
Les tubes de préchauffage 13 disposés l'extérieur de la chambre de chauffage sont plus efficaces
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que les conduits de l'ancienne chaudière par ce que les parois de ces tubes constituent des surfaces d'échange de température sur tout leur pourtout circulaire.
De préférence, des plaques en forme de spirale sont d.isposées dans les tubes (dispositif connu en lui-même) de manière à obliger le courant de gaz chauds qui circule dans le tube à balayer mieux la surface de ce tube.
Bien entendu, les tubes peuvent être rendus accessibles pour permettre de les nettoyer.
10 Un autre perfectionnement dans la forme et la construction de la chaudière est la manière dont les gaz sortent de la chambre de chauffage. La comparaison des figures
I et III montre que les gaz passent de la chambre de chauffage aux tubes 13 (ici au nombre de huit) à travers plusieurs ori- 15 fices formés dans la paroi de la chambre et disposés suivant un groupe très étalé près de l'extrémité de la chambre dans laquelle est le brûleur. A cet effet, le revêtement 15 de matière réfractaire, conformé pendant qu'il est à l'état plas- tique est, à cette extrémité de la chambre de chauffage, rendu 20 conique vers l'intérieur et vers le brûleur en s'écartant de la paroi de la chambre. Cette partie conique 150 du revêtement réfractaire limite avec la paroi de la chambre de chauffage un espace 151.
Dans cet espace, sont disposées les entrées des tubes et les gaz qui s'échappent arrivent dans cet espace pour 25 accéder aux tubes.
Il est avantageux que la sortie des gaz chauds de la chambre de combustion ait lieu vers le bas à travers les parois latérales, vers les tubes 13, comme on le voit figure I,
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plutôt qu'à travers la paroi extrême ou à travers la tête de la chambre de chauffage, et ceci pour plusieurs raisons.
D'abord on voit figure I qu'il existe un espace sur la paroi extrême 5 de droite et au-dessous du brûleur 12 sur lequel le tableau de commande du moteur peut être placé. Dans les chaudières d'autres modèles, il n'existe pas d'emplacement convenable sur la paroi extrême et il a fallu monter le tableau de commande sur la paroi latérale de l'enveloppe.
Cette disposition devient parfois gênante parce que le côté sur lequel se trouve le tableau peut être celui qui, dans l'installation, est tourné vers l'un des murs de la construc- tion. En second lieu, il est avantageux que letableau puisse être fixé sur la paroi extrême , à la fois parce queles connexions électriques sont plus courtes et n'embarrassent pas et parce que la largeur hors tout de l'appareil n'est en aucun cas accrue par ce moyen.
Un avantage supplémentaire résulte du fait qu'un seul coude dans les tubes 13 suffit à amener les gaz qui sortent en direction voulue pour sortir par l'extrémitéoppo- sée gauche de l'appareil. Si l'orifice de sortie était disposé dans l'extrémité droite de la chambre de chauffage, il. serait nécessaire que les gaz fassent trois coudesà angle droit avant de pénétrer dans les tubes.
Un autre avantage qui résulte de cette dispo- sition de la sortie des gaz chauds vers les tubes représentée figure I plutôt que, comme on l'a proposé, à travers la paroi extrême de la chambre de chauffage réside' dans le fait que
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l'espace entre la paroi extrême 3 de la chambre de chauffage et l'enveloppe extérieure 5 est laissé libre à son extrémité droite pour la circulation de l'air venant des ventilateurs qui se trouvent au-dessous.
Un dernier avantage est que les tubes sont entièrement contenus dans l'enveloppe. Les gaz, lorsqu'ils quittent la chambre de chauffage, sont très chauds ; et si, en ce point, les parois renfermant les gaz étaient acces- sibles, les personnes qui les toucheraient par inadvertance pourraient se brûler;. De tels accidents sont impossibles avec la disposition suivant l'invention.
La répartition de la sortie des gaz entre un grand nombre d'ouvertures séparées percées dans la paroi de la chambre de chauffage (huit ouvertures dans cet exemple) a pour effet d'éviter la concentration de la chaleur et la - production d'une zone chaude dans la paroi de' la chambre de chauffage à l'endroit où les gaz en sortent.
A l'intérieur de la chambre de chauffage et près de l'extrémité opposée au brûleur 12, uneparoi 170 en maçonnerie est placée transversalement au jet de flammes. Cette paroi peut être faite de toute manière con- venable . De préférence, elle est constituée par une paroi de briques réfractaires construite après coup. Comme on le voit figure III, elle a une section en V, placée symétrique- ment, le sommet de l'angle étant disposé dans le plan axial vertical de l'appareil, et rentrant par rapport au sens droite à gauche de la flamme. L'angle peut être de l'ordre de 125 .
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Dans la chaudière gaz représentée fieras I à IV le brûleur 12 projette la flammo longitudinalement et dans l'axe du foyer ou de la partie inférieure do la chambre do chauffage revêtue de réfractaire. Le jet de la flamme qui frappe la paroi 170 remonte, se retourne à la partie sapé- rieure de la chambre de chauffage et, s'étalant latéralement et bifurquant, descend (de part et d'autre du jet sortant du brûleur). vers l'espace formé entre l'extrémité cônique du revêtement et les parois métalliques de la chambre de chauffage (figures I à III)
De cet espace, les gaz chauds s'échappent ,
travers les tubes 13. Le trajet de la flamme est indiqué par les flèches de la figure I. En cours de fonctionnement, les gaz passent au sortir du tube 13 à une température d'envi- ron 200 à 250 C. c'est-à-dire que la température est tou- jours très supérieure au point de rosée et qu'aucune corro.- sion ne peut se produire.
On remarquera que, lorsque la chaudière figure I fonctionne, le courant des gaz du foyer est inversé à l'intérieur de la chambre de combustion, en traversant deux fois la longueur de la chambre, avant de pénétrer dans les orifices d'entrée des tubes qui servent à réchauffer préalablement l'air à son arrivée et que, par suite, l'effi- cacité des surfaces d'échange thermique à travers les parois de la chambre est accrue.
Sur la figure IX on a représenté un appareil suivant l'invention disposé peur être suspendu, par exemple
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au toit d'un atelier. Les ventilateurs propulseurs d'air 19 sont placés au-dessus de la chambre de chauffage et les bouches dé sortie 20 sont disposées au-dessous de cette chambre. L'air circule verticalement vers le bas. Les tubes de préchauffage 21 sont disposés dans le courant d'air du côté amont de la chambre de chauffage 22. Le foyer qui consiste en un mince revêtement 23 réfractaire appliqué in situ, pendant qu'il est ennore plastique, est disposé, comme dans les appareils des figures I à V, dans la partie inférieure de la' chambre de chauffage et s'étend d'un bout à l'autre de cette chambre. Comme on le voit, la chaudière est équipée avec un. brûleur à huile.
La paroi 24 s'élève à l'intérieur du foyer près de l'extrémité de la chambre de chauffage opposée à celle dans laquelle pénètre le brûleur 25. Dans ce cas, la paroi transversale'a une forme en V avec l'angle rentrant dirigé vers la flamme et les tubes 21 s'ouvrent dans¯les parois latérales de la chambre de chauffage en forme de cuvettes, dans la partie supérieure, et près de l'extrémité à partir de laquelle jaillit la flamme. Le trajet du courant des gaz de la flamme est indiqué par les flèches.
La figure IX montre en outre que, à la place d'une des bouches 20 ou de toutes ces bouches, une tuyauterie 26 peut amener l'air chaud à tout endroit voulu.
Quoique l'on ait indiqué que le brûleur de la figure I est un brûleur à gaz et que celui de la figure IX est un brûleur à huile, il doit être entendu que la chaudière' suivant l'une ou l'autre de ces réalisations peut être une
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chaudière fonctionnant avec un brûleur quelconque convenable et un combustiblequelconque convenable.
L'appareil fonctionna à la manière connue : lacourant des gaz de la flamme jaillit du brûleur monté d.ans une des têtes de la chambre de combustion ; il circule à travers cette chambre, la combustion se complète, et les gaz chauds traversent des tubes de préchauffage sous l'action d'un ventilateur. Les parois de la chambre de chauffage et des tubes sont chauffées et le courant d'air qui balaye ces surfaces chaudes s'échauffe et sort à la. température voulue.
Ainsi qu'on l'a expliqué, on évite ainsi une concentration. locale .de la chaleur et on réalise une chaudière plus satis- faisante.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.