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JET-HEET, INC., résidant'à ENGLEWOOD, NEW JERSEY (E.UoAo).
PERFECTIONNEMENTS A UN ENSEMBLE CHAUDIERE-BRULEURo
La présente invention est relative à des perfectionnements aux sys- tèmes de chauffage et, en particulier, à un ensemble chaudière-brûleur per- fectionné pour un système de chauffage à eau chaude.
L'invention a pour objets essentiels un ensemble chaudière-brûleur perfectionné, à rendement élevé, compact, léger et relativement bon marché à fabriquer, à assembler et à installer; un ensemble chaudière-brûleur extrê- mement facile à nettoyer et à entretenir et un ensemble chaudière-brûleur agencé pour fonctionner de manière sûre et avec un rendement élevé et possé- dant une durée de service relativement élevée.
Suivant l'invention, les objets spécifiés ci-dessus ainsi que d' autres objets et avantages de l'invention sont réalisés dans un ensemble chau- dière-brûleur, dans lequel un brûleur à grande vitesse est combiné avec un water-jacket à parois minces et à plusieurs éléments ou chemises. Le water- jacket est, de préférence, en tôle métallique et présente des surfaces "mate- lassées" ou "capitonnées", ce qui contribue sensiblement à la facilité de fa- brication, à la réduction du poids et à l'élévation du rendement. Pour la facilité de l'entretien le, brûleur est monté, de préférence, sur une plaque basculante, de manière à pouvoir fonctionner à l'intérieur ou à l'extérieur de la partie formant chaudière de l'ensemble et ce sans désassemblage.
L'invention, ainsi que d'autres objets et particularités de celle- ci ressortiront plus complètement de la description suivante de formes d'exé- cution illustratives, qui seront décrites en référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble chaudière- brûleur suivant l'invention, certaines parties étant arrachées pour faire ap- paraître certains détails structurels internes; - la figure 2 est une coupe transversale d'un type préféré de brû- leur à grande vitesse pour l'ensemble chaudière-brûleur selon la figure 1, - la figure 3 montre un type préféré de chaudière ou water-jacket pour l'ensemble chaudière-brûleur de la figure 1;
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- la figure 4 montre une section de la chaudière assemblée de la figure 3;
- la figure 5 est un schéma montrant les trajets réservés à l'eau et aux gaz de combustion dans la chaudière selon-les figures 1 et 3, et - la figure 6 est un schéma d'un circuit préféré de commande pour l'ensemble chaudière-brûleur de la figure 1.
A la figure 1, on a représenté un ensemble chaudière-brûleur suivant l'invention, comportant une enveloppe extérieure verticale de forme @ généralement rectangulaire comprenant une section ou partie supérieure 10 et une section ou partie inférieure 12 séparables et un fond 13. La sec- tion supérieure 10, est de préférence, garnie intérieurement d'une matière isolante 14, telle que laine de verre ou analogue.
Comme il a été indiqué, les sections 10 et 12 sont séparables, la section supérieure 10 comportant un rebord intérieure de support 11, qui repose sur un rebord intérieur coo- pérant 15 de la section inférieure 12, de telle sorte que la section supérieure
10 peut aisément être enlevée, ce qui permet un accès facile aux parties com- posantes décrites ci-après
Une enveloppe intérieure 18 de forme généralement cylindrique re- pose, par une extrémité, dans la section ou partie inférieure 12 de l'enve- loppe extérieure et entoure une chaudière ou water-jacket 20 à éléments ou chemises multiples, qui sera décrit plus loin.
L'enveloppe intérieure 18 comporte également un garnissage iso- lant 22 et est munie d'un couvercle isolé 24. Le couvercle 24 comporte trois plaques parallèles 26, 27, 29 séparées par des couches de matière isolante 28, 30. La plaque supérieure présente un rebord 31 s'étendant vers le bas et formant un prolongement de la paroi extérieure de l'enveloppe 18, lorsque le couvercle 24 est fermée
Le couvercle 24 est articulé à l'enveloppe intérieure 18, par une paire de cornières 32, soudées ou autrement assujetties à la plaque mé- diane 26 du couvercle et s'étendant sur une distance appréciable au delà du bord de la plaque 26. Ces cornières 32 sont articulées par des boulons
34 à une seconde paire de cornières 36, qui s'étendent vers l'extérieur et vers le haut à partir de l'enveloppe intérieure 18.
Cet agencement permet de faire basculer le couvercle 24 et de l'éloigner quelque peu de l'envelop- pe 18, de manière à découvrir la section de refoulement d'un brûleur à gran- de vitesse 38, monté sur le couvercle 24.
Dans les systèmes habituels de chauffage à l'eau chaude, les en- sembles chaudière-brûleur sont ordinairement volumineux, pesants et relative- ment coûteux. Ces ensembles connus comportent essentiellement une chaudière en fonte à parois épaisses, comprenant des passages de grande section pour les gaz de combustion et présentant une capacité en eau considérable, combinée avec un brûleur et une chambre de combustion agencée pour assurer une circu- lation à vitesse relativement faible de produits de combustion gazeux chauds, pour chauffer l'eau contenue dans la chaudière. L'expression, "brûleur à faible vitesse", est employée dans le présent mémoire pour désigner un brû- leur agencé pour fournir des produits de combustion gazeux chauds à une vi- tesse inférieure à la vitesse de propagation de la flamme du carburant fourni au brûleur.
Comme exemples typiques de tels brûleurs, on peut citer les brûleurs à huile du type à "pot" et à "canon". Dans ces brûleurs et dans les brûleurs à faible vitesse similaires la vitesse à laquelle le gaz de combus- tion quitte le brûleur et la chambre de combustion ne peut excéder la vitesse de propagation de la flamme du carburant fourni au brûleur, car si cette vi- tesse était plus élevée, la flamme serait éteinte ou "soufflée" La vitesse d'évacuation du gaz de combustion étant ainsi limitée, les chaudières conven- tionnelles ont été équipées de grands passages ou-carneaux pour le gaz de combustion, afin que les gaz; à faible vitesse puissent circuler à une vitesse suffisante pour opérer un transfert de chaleur raisonnablement efficace aux surfaces d'échange thermique de la chaudière.
Il va de soi que la présence
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de tels passages de grande section pour les gaz de combustion contribue sen- siblement à accroître les dimensions globales de l'ensemble.
Suivant une particularité importante de la présente invention, un brûleur à vitesse élevée est combiné avec une chaudière munie de passages restreints pour les gaz de combustion,de manière à former un ensemble chau- dière-brûleur compact et à rendement élevé
Un type préféré de brûleur à vitesse élevée est montrée en dé- tails à la figure 2.
Le brûleur représenté à la figure 2 comporte un boîtier rectan- gulaire allongé 40,qui contient les divers éléments formant la tête du brû- leur, comm décrit plus loin. Un rebord 42 prévu à l'extrémité d'évacuation du boîtier 40 est soudé ou autrement assujetti, de manière appropriée,à une plaqué de montage 41, qui est boulonnée à la plaque centrale 26 du couver- cle 24, de manière à maintenir l'assemblage de brûleur en place sur le couver- cle 24.
Une enveloppe creuse 44, prévue d'un côté du boîtier 40, entoure un ventilateur ou une soufflerie 46 du type siroco servant à fournir de l' air à vitesse relativement élevée à la section ou zone de combustion de l'en- semble. Le moteur usuel 48 (voir figure 1) servant à entraîner la soufflette 46 et une pompe à combustible (non représentée) sont avantageusement assujettis à un côté de l'enveloppe 440 D'autres accessoires (non représentés), tels qu'un transformateur destiné à fournir la tension requise pour l'allumage, une soupape de réglage de l'alimentation en combustible et des accessoires - du conduit d'alimentation en carburant,
sont également portés par l'envelop- pe 44 ou par le boîtier 40
L'enveloppe 44 débouche dans le boîtier 40 par une ouverture 50 ménagée dans un côté du boîtier 40, voisin de l'extrémité fermée de celui-ci pour l'amenée d'air de la soufflerie 46 dans la zone de combustion de l'ensem- ble. Pour la facilité de la description,la partie du boîtier 40, dans la- quelle la soufflerie 46 débouche, sera désignée,dans la suite du présent mé- moire, comme l'extrémité ou section d'entrée du boîtier, tandis que l'extré- mité opposée de celui-ci sera désignée comme étant son extrémité de' décharge ou d'évacuation.
Au voisinage de l'extrémité d'entrée du boîtier 40 est montée une tête de brûleur à grande vitesse, comportant une paire de manchons cylindri- ques 52, 54 disposés l'un dans l'autre et maintenus espacés coaxialement l' un de l'autre par une paroi d'extrémité 56. Les manchons 52, 54 sont suppor- tés par une patte de montage 58 s'étendant à partir de la paroi intérieure du boîtier 40 et assujettie de manière appropriée au manchon extérieur 54.
Bien que le brûleur décrit à présent soit à même de brûler aus- si bien un combustible liquide qu'un combustible gazeux, il sera décrit, dans le présent mémoire, comme étant agencé pour brûler un combustible li- quide. Un gicleur 60, monté sur la paroi d'extrémité 56, sert à projeter ou injecter du combustible atomisé, à travers une ouverture 62 ménagée dans la paroi 56, dans la zone de combustion 64 délimitée par le manchon intérieur
52. Le gicleur 60 est, de préférence, du type dit à flux de retour . Des conduits d'alimentation en combustible et de retour 66, 68 sont reliés au gi- cleur 60.
Le dispositif d'allumage habituel par étincelles 69 s'étend à travers la paroi d'extrémité 56 dans la zone de combustion 640
Le manchon intérieur 52 présente plusieurs séries de trous 70 relativement grands, alignés l'un par l'autre en direction latérale et ser- vant à l'admission d'air de combustion. La plaque d'extrémité 56 et le man- chon intérieur 52 présentent, de préférence, un grand nombre de trous 72 re- lativement petits et proches l'un de l'autre, ces trous étant prévus pour em- pêcher la formation de carbone.
La zone de combustion 64, délimitée par le manchon intérieur 52 se prolonge au delà de l'extrémité de décharge du boîtier 40, par un manchon
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cylindrique 74 en matière réfractaire Le diamètre extérieur du manchon 74 est sensiblement le même que le diamètre du manchon extérieur 54, tandis que le diamètre intérieur du manchon 74 est légèrement plus grand que le diamètre du manchon intérieur 52. L'intervalle entre les deux manchons 52, 74 est fermé par un collier métallique 76, qui forme un prolongement de la surface intérieure du manchon réfractaire 74 et qui chevauche légè- rement l'extrémité du manchon intérieur 52 Une série de pattes 78 en forme de L, montées radialement sur le collier 76,
s'étendent au delà du collier 76 vers l'extrémité d'entrée du boîtier 40 et s'étendent vers l'intérieur sur une courte distance au delà de la surface intérieure du collier 76, de manière à venir en contact avec la surface extérieure du manchon intérieur 52 de telle sorte que le collier 76 et le manchon 52 sont maintenus parfaitement en alignement coaxial avec un faible espace annulaire entre manchon et collier.
La tête de brûleur, qui vient d'être décrite, constitue un dispositif à grande vitesse, capable de fournir des produits de combus- tion gazeux chauds à un débit excédant sensiblement la vitesse de propaga- tion de la flamme du combustible fourni au brûleur. L'air provenant de la soufflerie 46 est amené dans le boîtier 40, puis le long du coté exté- rieur du manchon extérieur 54, cet air passant ensuite dans l'intervalle entre les manchons 52, 54 et pénétrant dans la chambre de combustion 64, sous 'forme de jets distincts, dirigés radialement à travers les grands trous 70 ménagés dans le manchon intérieur.
Gomme ces jets d'air viennent se toucher au centre de la chambre de combustion, une partie de l'air est dirigée vers la paroi d'extrémité 56, puis radialement vers l'extérieur, le long de cette paroi et ensuite vers le bas le long de la surface inté- rieure du manchon intérieur 52. Cette circulation d'air engendre un tour- billon ou anneau dans la zone comprise entre les orifices d'entrée 70 et l'extrémité fermée 56 de la chambre de combustiono Grâce au renversement de la direction de circulation de l'air, une zone de circulation d'air à une vitesse sensiblement nulle est engendrée dans la zone de circulation toroldale et le gicleur 60 est agencé de manière à chasser du combustible dans cet espace d'air relativement mort..' En brûlant le combustible atomi- sé,
dans cette région où l'air circulefaible vitesse, il devient pos- sible que les gaz (air et produits de combustion) circulent dans et hors de la chambre de combustion 64 à une vitesse sensiblement supérieure à la vitesse de propagation de la flamme du carburant, sans que la flamme soit soufflée
L'espace ménagé entre le manchon 52 et le collier 76 permet à une couche d'air de refroidissement de circuler le long de la surface inté- rieure du manchon réfractaire 74 et fournit une quantité supplémentaire d' air pour assurer une combustion complète du combustible
Outre qu'il permet une circulation à grande vitesse des produits de combustion gazeux chauds, avec les avantages inhérents à une telle circu- lation exposés dans la suite du présent mémoire, le brûleur, qui vient d'être décrit,
présente d'autres avantages dans un ensemble chaudière-brûleur du type décrit, tant en ce qui concerne son fonctionnement que son entretien.
Les brûleurs de ce type ne requièrent pas des zones de combustion rigoureu- sement étanches, étant donné qu'ils sont relativement insensibles aux tirages En fait, il est parfaitement possible de faire fonctionner le brûleur 38 à l'air libre Ainsi,dans l'appareil selon la figure 1, le couvercle 24 avec le brûleur 38 qu'il porte peut être basculé vers le haut et le brûleur peut être amené à fonctionner à l'air libre, de façon à faciliter un réglage préliminaire et à permettre un examen visuel du fonctionnement du brûleur, si une vérification est nécessaire Suivant une autre particularité de l':
invention et compte tenu de la possibilité de faire fonctionner le brûleur avec le couvercle 2 ouvert ou fermé, les conduits 66, 68 pour le combusti- ble aboutissant au brûleur et partant de ce dernier comportent des parties flexibles, en un métal relativement ductile,tel que le cuivre ou analogue et des parties 66a, 68a enroulées en plusieurs spires sur une bobine.$2, qui peut avantageusement être montée sur un des .boulons 34 formant pivots. Lors#
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que le couvercle 24 est levé ou baissé, ces parties enroulées 66a, 68a auront une flexibilité suffisante pour permettre le déplacement de l'extré- mité, voisine du brûleur, des conduits de combustible, sans rupture de ces conduits et sans qu'une sollicitation indue soit imposée aux acces- soires de raccordement.
Lorsque le couvercle 24 est fermée le brûleur 38 est disposé de fagon à évacuer les produits de combustion gazeux chauds vers le bas dans l'espace généralement cylindrique 84 prévu au centre de la chaudière
20.
Pour tirer profit au maximum de la circulation à grande vitesse des produits de combustion gazeux chauds, due au brûleur, et pour réaliser les objectifs indiqués plus haut et consistant à conférer des dimensions et un poids aussi faibles que possible à l'ensembleil est nécessaire de disposer d'une chaudière offrant la surface la plus grande possible aux gaz de combustion et au flux résultant de gaz chauds en provenance du brû- leur, en un volume total faible Alors que les chaudières connues présen- tent généralement des parois épaisses et une grande capacité d'eau, on pré- voit, suivant la présente invention, un water-jacket à parois minces et à faible capacité en eau, dans lequel on fait circuler un filet relativement mince d'eau à chauffer, afin de chauffer celle-ci très rapidement,
lors- que le brûleur est mis en marche Pour réaliser une économie au point de vue encombrement, on fait usage d'un vater-jacket à chemises multiples et à surface courbe, l'écartement entre les chemises ou chambres adjacentes étant réduit, de manière à tirer pleinement profit de la circulation à grande vitesse des gaz de combustion, dans l'espace le plus réduit possi- ble .
Une structure de water-jacket ou chaudière,convenant particu- lièrement pour être utilisée dans un ensemble brûleur-chaudière du type con- sidéré, se compose essentiellement d'une paire de fines tôles métalliques scellées l'une à l'autre le long de leurs bords et en une multiplicité de points distincts situés entre les bords, courbées de manière à présenter une forme courbe appropriée et séparées, sauf aux endroits où elles sont scel- lées l'une à l'autre, de manière à former une enveloppe à surface matelas- sée" ou "capitonnée". Bien qu'une telle structure puisse affecter un cer- tain nombre de formes spécifiques différentes (par exemple une forme en spi- rale, une forme cylindrique, etc..) la forme généralement cylindrique s'est révélée la plus satisfaisante au point de vue de la facilité de fabrication.
Ainsi, comme montré aux figures 1 et 3, la chaudière 20 peut être constituée de deux sections d'enveloppe 86, 88 similaires et disposées coaxialement Afin de montrer clairement la structure de la chaudière, une section ou partie de chaudière complète 86 est représentée séparément à la figure 4 et les sections assemblées 86, 88 sont représentées à la figure 3, sans l'enveloppe 18. La section des parties de chaudière 86, 88 res- sort de la figure 1, cette figure montrant les parois ou cloisons métal- liques minces 90, 92 en tale ou analogue, scellées l'une à l'autre à leurs bords 94 et le long d'une série de lignes espacées 96 et 1069 entre les bords 94.
Lors de la fabrication des sections de chaudière, après avoir soudé ou autrement assujetti les parois 90,92 l'une à l'autre, on les fait passer entre des rouleaux,de manière à leur conférer sensiblement la forme d'un cylindre, les bords 95 (voir figures 3 et 4) formés par les extrémités des feuilles étant rapprochés l'un de Vautremais étant maintenus légère- ment écartés l'un de l'autre, de manière à définir une fente longitudinale 98 s'étendant d'une extrémité à l'autre du eylindreo Un fluide est alors introduit entre les feuilles 90, 92 (à travers une ouverture appropriée que l'on a laissé subsister à cette fin, par exemple, à un des coins) sous une pression suffisante pour amener les feuilles 90, 92 à s'écarter l'une de l'autre,
de manière à former une enfeloppe du type "matelassé".
Dans la forme d'exécution de l'invention décrite ici les deux sections 86, 88 sont disposées coaxialement l'une dans l'autre (voir figures
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1 et 3), les fentes longitudinales 98 s'étendant sur des côtés opposés des sections assemblées 86, 88. Comme montré schématiquement par les flèches en traits interrompus à la figure 5 on obtient ainsi deux passages similaires pour les gaz de combustion,.
Ces passages s'étendent de l'espace cylindrique 84 entouré par la section ou chemise intérieure 86 à l'extérieur de la sec- tion ou chemise extérieure 88. La longueur des sections 86, 88 est, de préfé- rence, telle que les extrémités ouvertes de ces sections se terminent juste à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 18, de manière à être fermées par la plaque inférieure 29 du couvercle 24. Grâce à cet agencement, lorsque les sections assemblées 86, 88 sont placées dans l'enveloppe intérieure 18, les passages réservés aux gaz de combustion se prolongent autour de la sec- tion extérieure 88, de manière à communiquer avec un carneau de sortie 100 (voir figure 1)
Hinsia on peut voir que toutes les surfaces du water-jacket à chemises ou sections multiples 20 sont exposées à l'action des gaz de com- bustion à vitesse élevée produits par le brûleur 38. Par ailleurs, sensible- ment toute la surface intérieure de la section intérieure 86 est exposée à l'action de la flamme sortant du brûleur 38 et est, dès lors, chauffée par rayonnement direct.
Les caractéristiques de transfert de chaleur de l'en- semble sont, en outre, améliorées par les surfaces "matelassées" des sec- tions ou chemises 86, 88 de la chaudière, qui produisent une turbulence considérable dans les gaz de combustion, ce qui procure un effet de frotte- ment amenant les gaz de combustion en contact extrêmement intime avec les surfaces du water-jacket et améliore considérablement le transfert de cha- leur
Le trajet réservé à la circulation de l'eau dans la chaudière est similaire à celui réservé aux gaz de combustion en ce sens que ces deux trajets sont parallèles.
Chacune des deux sections ou chemises de la chau- dière est agencée de manière à comporter trois "poches" 102 s'étendant d'une extrémité à l'autre des sections (voir figure 4), ces parties formant trois passages internes oucollecteurs verticaux, dont un de chaque côté de la fente longitudinale 98 et un du côté opposé à cette fente.
Ces passages longitudinaux sont réunis par une série de passages latéraux formés par des poches latérales 104, qui sont séparées l'une de l'autre par des lignes continues de points de soudure 106 Comme montré schématiquement par les flèches en traits pleins à la figure 5, l'eau est amenée dans la chemise ou section extérieure 88 par une pompe de circulation 108, par l'entremise d'un raccord courbe en T 110, qui entre dans la chemise extérieure 88 de part et d'autre de la fente 98. Le trajet de circulation suit alors des directions opposées à travers les intervalles ménagés entre les parois de la chemise extérieure 880 Un second raccord courbe en T 112 relie la che- mise ou section extérieure 88 à la chemise ou section intérieure 86,
de fagon à prolonger le trajet de circulation le long d'une seconde paire de parcours parallèles à l'intérieur de la chemise intérieure 86, l'eau sortant par un raccord de sortie 114 de la chemise intérieure 86 et étant amenée par un conduit 116 à des radiateurs ou dispositifs analogues (non représentés).
Grâce à cet agencement, les gaz finement divisés et l'eau à chauffer circulent à contre-courant sur une partie de leurs trajets de circulation adjacents, en sorte que la différence de température entre l'eau et les gaz chauds sera aussi grande que possible, pour obtenir un transfert de chaleur maximum.
On emploie des raccords en T courbes 110, 112, plutôt que des raccords plus courants en T à angles droits, en vue de réduire autant que possible la chute de pression obtenue en chassant de l'eau dans la chau- dière. Il est évident que la section des passages ménagés pour la circu- lation d'eau entre les parois 90, 92 n'est pas très grande, en sorte que la chute de pression dans la chaudière est plus grande que dans les chau- dières plus courantes à grande capacité en eau. Dès lors, en vue d'obtenir une bonne circulation de l'eau dans la chaudière et dans les radiateurs, y associés, à l'aide d'une pompe de circulation de débit courant, il importe de maintenir la chute de pression aussi faible que possible en chaque point du trajet de circulation de l'eau.
Toutefois, les problèmes posés par la
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chute de pression relativement élevée se manifestant dans la chaudière ne sont pas particulièrement gênants et sont plus que compensés par les avanta- ges inhérents à la combinaison d'une chaudière de ce type avec un brûleur à grande vitesse
Comme on l'a signalé précédemment, la chaudière habituelle avec ses passages relativement grands pour les gaz de combustion et pour l'eau ap- paraît généralement en combinaison avec un brûleur à faible vitesse, à cau- se de la difficulté d'obtention d'un tirage suffisant pour amener les gaz de combustion produits par un brûleur à petite vitesse à circuler à des vi- tesses de transfert de chaleur raisonnable dans les passages étroits, tels que ceux ménagés dans la chaudière 20 suivant la présente invention.
Evi- demment, ces chaudières à passages de grande section pour les gaz de combus- tion sont désavantageuses au point de vue de la compacité de l'ensemble.
Par ailleurs., la capacité en eau de ces chaudières est telle qu'il s'écoule ordinairement un temps appréciable.,après la mise en marche du brûleur, avant qu'on dispose d'eau chaude dans le système.
Dans l'ensemble chaudière-brûleur suivant la présente invention la vitesse élevée à laquelle les produits de combustion chauds sont chassés par le brûleur permet parfaitement d'employer des passages de section très petite, tout en assurant un bon transfert de chaleurmême si aucun tirage ne se manifeste dans le carneau de sortie. En même temps, la très mince pel- licule d'eau dans l'intervalle de petite section'prévu entre les parois 90
92, ainsi que les caractéristiques de transfert de chaleur rapide des minces parois elles-mêmes, assurent une fourniture quasi instantanée d'eau chaude par la chaudière
Ainsi, dans un ensemble chaudière-brûleur suivant la présente in- vention, tel que l'ensemble représenté à la figure 1, le diamètre moyen des sections ou chemises assemblées 86, 88 est de 11 pouces,
l'écartement maxi- mum entre les chemises adjacentes 86, 88 de 1,75 pouce et l'écartement inté- rieur maximum entre les parois 90, 92 de 0,75 pouce o La chaudière 20 a une capacité en eau de 2 gallons Le transfert de chaleur à l'eau dans la chaudière est de 120.000 B.T.U. par heure,dans le cas où les gaz de combus- tion sont évacués du brûleur à un débit d'environ 4000 pieds par minute.
Lorsque la pompe à circulation d'eau ne fonctionne pas, on constate que 1' ensemble chaudière-brûleur est capable d'élever de 100 F, en approximati- vement une minute, la température de l'eau dans la chaudière
En raison de la forme irrégulière des surfaces de la chaudière, ainsi que de la variété des surfaces courbées que l'on peut utiliser pour les sections de la chaudière (notamment surface cylindrique, en spirale etc ..
)., il n'est pas possible de donner avec une précision absolue les limites de dimensions applicables à un ensemble chaudière-brûleur suivant l'invention Toutefois, des essais indiquent qu'un bon transfert de cha- leur des gaz de combustion à vitesse élevée à l'eau à chauffer peut être obtenu avec un écartement maximum entre chemises adjacentes 86, 88 de moins de 25 % du diamètre -moyen des chemises 86, 88.
Une autre relation dimension- nelle, qui constitue un guide satisfaisant, est celle consistant en ce que l' écartement maximum entre chemises n'excède pas environ 3 fois la séparation maximum entre les parois 90, 92, étant entendu que la séparation maximum entre les parois est limitée par l'épaisseur des parois et par l'écarte- ment entre les lignes de séparation 96, 106 pour assurer une marche sûre de la chaudière sous 1'effet des pressions y engendrées
A cause de la très mince pellicule d'eau passant dans la chau- dière, il est assez important que l'eau soit amenée à circuler rapidement dans la chaudière, lorsque le brûleur est mis en marche faute de quoi il est possible que la chaudière à parois minces soit surchauffée.
Afin d'éviter la possibilité d'un surchauffage, le système de commande de l'ensemble chaudière-brûleur suivant l'invention est, de préfé- rence, agencé de fagon que le brûleur ne puisse pas s'allumer avant qu'une circulation d'eau soit établie dans la chaudière. Bien qu'il existe évidem- ment diverses manières de réaliser cet objectif, notamment en employant des
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relais à retard de temps dans le circuit du brûleur et analogue, un agence- ment préféré consiste à faire en sorte que le circuit de commande du brûleur soit directement commandé par le fonctionnement de la pompe de circulation.
Un circuit pouvant servir à cette fin est représenté à la figure 6, qui mon- tre un schéma d'un circuit de commande électrique pour l'ensemble chaudière- brûleur de la figure 1.
Dans le circuit de la figure 6, deux conducteurs d'entrée 118, venant de la source d'énergie habituelle (non représentée), sont connectés à l'enroulement primaire 120 d'un transformateur 122, par l'intermédiaire des contacts 123 d'un commutateur aquastatique 124. Le circuit de l'enroule- ment secondaire 126 du transformateur comporte trois branches partiellement parallèles. La première branche comporte l'enroulement de commande 120 d'un relais de commande d'allumage 130,les contacts 132 d'un élément thermosta- tique bimétallique 134 et les contacts 136 d'un commutateur de sûreté bimé- tallique 138.
La deuxième branche comporte l'enroulement de commande 140 d'un relais de commande 142 du moteur, deux contacts 144, 145 d'un commuta- teur thermostatique 146, un élément de chauffage 148 pour le commutateur de sûreté 138, une série de contacts 150 du relais d'allumage 130 et les con- tacts 132, 136 mentionnés précédemment La troisième branche du circuit du secondaire 126 du transformateur comporte l'enroulement 140, une seconde paire de contacts 144, 147 du commutateur 146, une série de contacts 152 du relais 142 et les contacts 132, 136.
Un premier circuit connecté à l'enroulement primaire 120 du trans- formateur, comporte une seconde série de contacts 156 du relais 130 de com- mande de l'allumage, l'enroulement primaire 158 d'un transformateur d'allu- mage 160 et une paire de contacts 161, 162 associés au moteur 164 de la pompe de circulation, comme expliqué en détails plus loin. Un second circuit connecté à l'enroulement primaire 120 du transformateur, comporte une seconde série de contacts 166 du relais 142 de commande du moteur, un élément 168 de commande de la soupape de distribution de combustible, le moteur 48 de la soufflerie (connecté en parallèle à l'élément 168) et les contacts 161, 162 mentionnés précédemment.
Une variante du circuit décrit ci-avant comporte les contacts 166 du relais du moteur, les contacts 170, 171 d'un second commutateur aquastatique 172 et les enroulements de démarrage et de marche 174., 176 du moteur 164 de la pompe de circulation.
Le commutateur aquastatique 172 comporte également un contact ad- ditionnel 173 disposé de façon que le moteur 164 puisse être connecté direc- tement aux conducteurs d'entrée 118. Il va de soi que l'élément de commande 160 comprend une soupape actionnée électriquement dans le conduit d'alimen- tation en combustible pour le brûleur. De telles soupapes sont bien connues et consistent ordinairement en un dispositif à solénolde fermant et ouvrant la soupape, lorsque le courant est admis à passer par l'élément de commande ou est interrompu.
Le circuit de la figure 6 est représenté à l'état de démarrage à froid, tous les relais étant cependant désexcités En d'autres termes, le commutateur 146 est dans la position froide, les commutateurs aquastatiques 124, 172 sont dans la position froide exigeant le chauffage de l'eau de la chaudière, et le commutateur thermostatique 134 est dans la position froide exigeant la fourniture de chaleur par le système. o Lorsque le commutateur thermostatique 134 se ferme (vers la position représentée), le relais d'al- lumage 130 est actionné, ce qui provoque la fermeture des deux séries de con- tacts 150, 156. Les contacts 150 ferment un circuit pour exciter le relais 142 du moteur, de manière à fermer les contacts 152, 166 de ce relais.
Lorsque les contacts 156 du relais-d'allumage se ferment un circuit se fer- me partiellement pour l'enroulement primaire 258 du transformateur d'allu- mage, jusqu'au contact 161 du moteur de la pompe de circulation. De même, lorsque les contacts 166 du relais du moteur se ferment, un circuit se fer- me partiellement par l'élément 168 et le moteur 48 de la soufflerie, jusqu'au contact 161 du moteur 16 de la pompe de circulation. Simultanément, un cir- cuit se ferme par les contacts 166 du relais de commande, le commutateur aquas- tatique 172 et l'enroulement de démarrage 174 du moteur de la pompe de cir-
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culation, cette dernière étant ainsi mise en marche.
Jusqu'alors, seule la pompe de circulation est mise en marche o Lorsque la pompe de circulation atteint sa vitesse de régime, le contact habituel actionné par la force cen- trifuge -162 s'écarte du contact 163,à tel point que l'enroulement de démar- rage 174 est mis hors circuito Simultanément le contact 162 de l'enroule- ment de démarrage pivote,de manière à fermer au contact 161 les circuits d'allumage et du moteur de la soufflerie.o Par conséquent,il est évident que les circuits d'allumage, du combustible et de la soufflerie ne peuvent être excités avant que la pompe de circulation ait atteint sa vitesse de régime
Bien qu'on ait décrit ci-dessus les particularités de fonction- nement importantes du circuit de la figure 6,
en ce qui concerne là présen- te invention,on donnera pour être complet une brève description du fonc- tionnement du restant du circuit.
L'élément de chauffage 148 du commutateur de sûreté commence à laisser passer du courant, dès la fermeture des contacts d'allumage 150.
Le commutateur de sécurité 138 est actionné avec un retard prédéterminé et ne s'ouvre, par suite du chauffage de l'élément 148, qu'après un int er- valle du temps déterminé, si Isolément 148 continue à laisser passer du cou- rant indéfiniment o Si le commutateur 138 s'ouvre, il interrompt ou coupe tous les circuits du brûleur. Toutefois, si le brûleur fonctionne convena- blement, le commutateur 146 répond à l'effet de chauffage des gaz de combus- tion et les contacts 144, 147 de ce commutateur se ferment, ce qui met l'élé- ment 148 du commutateur de sûreté hors circuit en sorte que le commutateur de sûreté n'ouvre pas le circuit du brûleur.
Une série de contacts aquastatiques 123 constituent un disposi- tif ayant pour effet d'ouvrir et de désexciter le brûleur, lorsque l'eau de la chaudière atteint une température élevée prédéterminée, quel que soit l'état du restant du circuit. Le second jeu de contacts aquastatiques 170, 171, 173 modifie le circuit de la pompe de circulation, lorsque l'eau de la chaudière a atteint une température prédéterminée,de manière à connecter le moteur 164 de la pompe de circulation directement aux conducteur 118, en sor- te que l'eau continue à circuler et à fournir la chaleur éventuellement emmagasinée dans la chaudière aux radiateurs lorsque le thermostat a fonc- tionné et que le brûleur a cessé de fonctionner.
Dans l'ensemble représenté à la figure 1, la majorité des élé- ments de circuit décrits ci-avant sont montés dans une boîte 174 prévue à l'extérieur de l'enveloppe intérieure 18 et accessible pour effectuer les réglages requis et pour l'entretien,grâce à un panneau amovible 176 porté par la paroi de la partie inférieure 12 de l'enveloppe extérieure. L'élé- ment bimétallique du commutateur 146 (non représenté à la figure 1) s'étend dans un tube 177 dans le carneau 100 de sortie des gaz de combustion. Les éléments aquastatiques (non montrés à la figure 1) sont placés dans les raccords en T 178 dans le conduit de sortie de l'eau 116 venant de la chau- dière 20. Le thermostat 134 est évidemment placéde manière appropriée, dans le local à chauffer.
La pompe de circulation 108 et le moteur 164 sont montés dans la partie inférieure 12 de l'enveloppe extérieure, sous la boîte 174.
La description donnée ci-dessus révèle que toutes les parties composantes de l'ensemble chaudière-brûleur sont disposées et agencées de manière à être aisément accessibles, l'espace disponible étant utilisé très rationnellement Ainsi, la base 13 de l'enveloppe 10, 12 ne doit pas avoir plus de 20 x 26 pouces,tandis que sa hauteur ne doit pas excéder 40 pouces, pour un ensemble présentant un rendement calorifique de 100.000 B.T.U/heure En enlevant la partie supérieure 10 de l'enveloppe extérieure, l'entièreté du brûleur 38 devient accessible et, après avoir fait basculer le couvercle 24, les éléments du brûleur, ainsi que toute la surface extérieure de la chaudière peuvent être aisément examinésnettoyés ou autrement contrôlés.
En enlevant le panneau 176, la boîte 174, le moteur 164 et la pompe 108 soit immédiatement accessibles. Il apparaît, dès lors, que tous les éléments de
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l'ensemble peuvent être contrôlés et réglés de fagon extraordinairement sim- ple, tandis que l'ensemble est compact;, léger et facile à manipuler lors de sa mise en place, tout en fonctionnant de manière extrêmement efficace.
REVENDICATIONS
1. Ensemble chaudière-brûleur, comprenant un water-jacket d'é- change de chaleur à sections ou chemises multiples, entourant un espace généralement cylindrique au centre dudit water-jacket, ce water-jacket compor- tant des parois métalliques minces et courbes, formant (1) un passage continu pour l'eau, s'étendant de la chemise intérieure extrême à la chemise exté- rieure extrême, et (2) un passage continu pour les gaz de combustion, s'éten- dant entre les chemises précitées de l'espace cylindrique au côté extérieur de la chemise extérieure extrême, ces parois étant agencées de façon à pré- senter des surfaces "matelassées", qui sont en contact l'une avec l'autre le long de leurs bords et en une série de points espacés l'un de l'autre entre les bords en question et qui sont séparées l'une de 3;
$ autre en tous les autres points, et un brûleur à combustible fluide à'grande vitesse, monté de manière à décharger les produits de combustion chauds directement dans ledit espace, ce brûleur étant d'un type convenant pour produire une circulation de produits de combustion gazeux chauds à une vitesse excédant sensiblement la vitesse de pro- pagation de la flamme du combustible fourni au brûleur, ce brûleur comportant un manchon définissant une zone de combustion et débouchant directement dans ledit espace cylindrique, de manière à exposer la surface intérieure du water-jacket à la chaleur rayonnée par les flammes sortant du manchon précité.