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AGENCEMENT DE CHAUDIERES A EAU CHAUDE OU A VAPEUR.'
La présente invention se rapporte à un agencement de chaudiè- res à eau chaude ouà vapeur qui sont munies de "moyens de convection" (moyens de transmission de la chaleur, par convection) séparés du foyer.
L'invention réside principalement dans le.fait que, d'une part, les moyens de convection comportent des carneaux sensiblement verticaux agencés pour le passage, de bas en haut, des gaz de fumée et munis de surfaces de con- vection sensiblement verticales et que, d'autre part, le rapport entre la surface de chauffe représentée par lesdites surfaces de convection et la somme des sections transversales des carneaux formés par les surfaces de convection en cause est compris éntre 75 et 250.
La nature, le résultat et l'intérêt pratique de l'inven- tion vont être expliqués ci-après en détail.
Conformément à l'invention, les moyens de convection sont établis, en tenant compte de la vitesse des gaz et de la direction du mou- vement des gaz, de telle manière que soit utilisée au maximum une proprié- té relative à la transmission de la chaleur, propriété dont l'existence, pour autant qu'on le sache, n'a pas été constatée plus tête Cette proprié- té réside dans le fait que le coefficient de conductibilité superficiel- le des gaz est bien plus grand lorsque les gaz s'écoulent de bas en haut que lorsqu'ils s'écoulent de haut en bas. La différence est assez gran- de dans certaines limites de vitesse des gaz.
Des essais ont démontré que, lorsque les gaz se déplacent de bas en haut, la conductibilité superfi- cielle entre gaz et paroi augmente d'abord très rapidement avec la vites- se mais que cette augmentation décroît ensuite pour une vitesse croissante.
Etant donné qu'à ce moment la résistance des gaz augmente également très rapidement avec la vitesse, on peut déterminer la gamme de vitesses la plus adéquate pour les moyens de convection des chaudières.
On obtient une valeur effective mesurable de la vitesse,
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pour une charge normale de la chaudière, si;la vitesse est transformée, de la façon suivante, en une fonction de la surface de chauffe et de la section transversale des carneaux : vitesse = débit de gaz section des carneaux le débit de gaz, pour une charge normale de la chaudière, étant égale à: constante x surface de chauffe de la chaudière.
Conformément à l'invention, la plus grande partie possible de la surface de chauffe de la chaudière est prévue dans les carneaux verticaux dans lesquels les gaz se déplacent de bas en haut, la surface de chauffe de ces carneaux (à courant gazeux ascendant) divisée par la section transversale desdits carneaux donnant un quotient qui n'est pas inférieur à 75 et pas supérieur à 250. Lorsque le quotient dépasse 250, la résistance dans la chaudière est si élevée qu'un ventilateur de tira- ge est nécessaire. Toutefois, à ces vitesses, la conductibilité superfi- cielle augmente si peu avec la vitesse que l'on peut se demander si l'aug- mentation de la transmission de chaleur couvre les frais d'une installa- tion de ventilateur.
Dans ce qui suit, la surface de chauffe est désignée par F et la section des carneaux est désignée par f.
Si l'on examine d'abord les conditions pour f, on trouve une limite inférieure d'environ 25 cm2 afin que la résistance des gaz ne dépende pas trop de l'épaisseur de la couche de suie. Cette surface peut être utilisée pour toutes dimensions de chaudières. On peut éven- tuellement prétendre qu'il y a plutôt un inconvénient à avoir trop de carneaux dans de grandes chaudières. Le diamètre de colonne d'eau sera ainsi d'au moins 50 mm pour toutes les dimensions de chaudières. La longueur du carneau est une fonction de la surface F. La longueur peut être plus grande dans .de grandes chaudières que dans des petites en rai- son de l'espace dont on dispose normalement.
Pour une chaudière de 250 Cal/h, la longueur peut atteindre au maximum 1,35 m; pour une chaudière de 1000 Cal/h, la longueur peut être de 1,85 m et pour une chaudière de 5000 Cal/h, la longueur peut être de 2,50 m.
La fraction de la surface de chauffe totale de la chaudière, fraction qui est occupée par la réserve de combustible et la boite à feu, est, exprimée en pourcentage, plus grande dans les petites chaudières que dans les grandes. La raison en est que les dimensions de la réserve de combustible et de la boite à feu doivent être adaptées à la cuve con- tenant la réserve, à la longueur de flamme (dans le chauffage par combus- tibles liquides) et à la longueur du b ois. C'est pourquoi la température des gaz est plus élevée dans les grandes chaudières que dans les petites, à l'entrée des gaz dans les canaux verticaux.
Températures approximatives: Puissance normale Cal/h 250 1000 5000 température des gaz C 800 900 1000
Dans les grandes chaudières, il est désirable d'avoir une température des gaz sortants plus basse que dans les petites chaudières.
Il est possible d'obtenir un meilleur tirage en utilisant une cheminée élevée ou, éventuellement, un ventilateur. Par suite des grands débits de gaz, la température des gaz de fumée, considérée en valeur absolue, joue un rôle plus important dans les grandes chaudières que dans les peti- tes.
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Ecart désiré entre la température des gaz et celle de l'eau, autour du tube de fumée, à 70% de puissance normale: Puissance normale Cal/h 250 1000 5000 Ecart de température gaz-eau C 130 100 80
Dans les grandes chaudières, on peut admettre une plus gran- de chute de pression, dans les moyens de convection, que dans les peti- tes chaudières.
Tous les points de vue énumérés contribuent à augmenter le rapport F/f avec la puissance.
Etant donné que ces points de vue ne peuvent être exprimés que par des chiffres approximatifs, F/f doit également s'obtenir approxi- mativement d'après le tableau ci-après: Puissance de la chaudière Cal/ 250 1000 5000 F/f 110 140 180
Sur le dessin annexé, on a représenté, à titre d'exemple, . une chaudière de chauffage central comportant application de l'invention: la fig. 1 est une coupe verticale de la chaudière, coupe faite à angle droit par rapport à la face avant de ladite chaudière; les fig. 2 et 3 représentent schématiquement et respective- ment la face avant et le dessus de la chaudière; les fige 4 à 8 représentent schématiquement des exemples de réalisation de surfaces de convection.
La chaudière représentée sur les fig. 1 à 3 comporte des pa- rois à refroidissement par eau et, intérieurement auxdites parois, un foyer ou chambre de combustion 1 pour combustible liquide, une boite à feu 2 et des moyens de convection 3. Entre la chambre 1 et la boite à feu, se trouve une cloison 4-5 par dessus laquelle passent les gaz de com- bustion allant vers la boîte à feu. Un certain nombre de carneaux 6 à parois 6a refroidies par l'eau ont été disposés dans les moyens de con- vection. Ces carneaux partent d'une chambre de distribution 7 disposée dans le bas et débouchent dans une chambre collectrice 8 prévue dans le haut, cette chambre collectrice étant munie d'une sortie de fumée 9.
Les ga.z de fumée se trouvant dans tous les carneaux se déplacent de bas en haut dans le système de carneaux. Les surfaces de convection consti- tuées par les parois de carneaux forment une surface de chauffe totale qui, divisée par la somme des sections transversales desdits carneaux, donne un quotient compris entre 75 et 250, pour les raisons exposées plus haut.
La chaudière représentée est prévue pour fonctionner au combustible liquide. L'entrée prévue pour le brûleur est indiquée en 10.
Les raccords pour les tuyauteries de départ et de retour sont désignés par 11 et 12 respectivement. On a désigné par 14 et 15 des couvercles pour les orifices d'enlèvement de la suie. La partie de paroi désignée par 4 est en matière réfractaireest sert à gazéifier des gouttes de com- bustible liquide éventuellement non gazéifiées. On a désigné par 5' un élément de paroi intermédiaire refroidi par l'eau. Le bas. de la chambre de combustion 1 comprend des canaux 16 partant d'un orifice 17 qui est commandé par un registre se trouvant sur la face avant de la chaudière, pour l'alimentation en air comburant.
On ne s'écarte pas de l'esprit de l'invention en changeant
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certains détails, la chaudière décrite pouvant brûler d'autres combusti- bles que les combustibles liquides. La boîte à feu 2 peut être supprimée et la chaudière être agencée pour la combustion inversée, c'est-à-dire que la sortie des gaz de fumée, dans la paroi du foyer, peut être dispo- sée près de la bse, auquel cas la chambre de distribution 7 peut, par exemple, servir de boite à feu.