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La présente invention concerne des chaudières et en particulier des chaudières verticales en acier soufflées par brûleur, habituellement utilisées dans des installations de chauffage domestiques.
Des chaudières comprennent essentiellement une chambre de combustion et un échangeur de chaleur. Afin d'être viable au point de vue commercial, une chaudière doit être économique à l'emploi et économique à construire. Afin d' assurer un fonctionnement économique, la récupération de chaleur du foyer doit être élevée. Cela signifie que la chaudière doit posséder une surface d'échange de chaleur étendue propre à amener les gaz de combustion à quitter la chaudière à la température la plus basse possible.
Afin d'assurer une fabrication économique, il faut que les frais matériels et les frais de main-d'oeuvre soient peu élevés, et que la chaudière présente des caractéristiques de récupération thermique adéquates pour être acceptable actuellement.
Dans des chaudières à brûleur verticales en acier, la chambre de combustion est habituellement garnie de briques en céramique réfractaire suppor- tées par des bandes métalliques de frettage ou par une couche meuble de matière isolante. Ces expédients sont nécessaires pour permettre une dilatation thermique des briques réfractaires sans que des tensions trop élevées soient transmises aux briques par des organes de retenue fabriqués en des matières présentant un coefficient de dilatation thermique différent. Par suite de cette construction, la surface adjacente à la chambre de combustion est peu utilisée à des fins d' échange de chaleur.
La présente invention a pour objet une chaudière verticale en acier chauffée par un brûleur, qui utilise efficacement la surface adjacente à la chambre de combustion de façon à rendre la récupération de chaleur de la chaudiè- re ainsi que le rapport du volume de la chambre de combustion au rendement ther- mique de la chaudière élevés. Dans les techniques actuelles il est courant d'avoir un rapport de 1 1/4 pied cube de volume de la'.chambre de combustion (0,035 m3) à un rendement horaire de 140.000 Btu (35.280 calories). La présente invention permet d'obtenir la même énergie thermique mais en utilisant moins de 1 pied cube de volume de la chambre de combustion (0,028 m3).
Cette particularité ainsi qu'un échangeur de chaleur exceptionnellement efficace procure un ensemble compact et peu coûteux présentant un taux de récupération de chaleur extrêmement élevé.
La présente invention a pour but principal de procurer une chaudière perfectionnée, compacte et peu coûteuse.
L'invention a encore pour but de procurer une chaudière comportant une chambre de combustion de laquelle les gaz de.combustion s'échappent vers le bas.
L'invention a enfin pour but de procurer une chaudière comportant une chambre de combustion dans laquelle les gaz de combustion descendent en relation 'd'échange thermique avec l'agent à chauffer et remontent ensuite en relation d'échange thermique avec la chambre de combustion. Ces buts et d'autres encore de la présente invention ressortiront clairement de la description ci-après.
La présente invention concerne une chaudière comportant une chambre de combustion dont le fond est percé d'une ouverture. Des dispositifs sont prévu pour faire passer un mélange combustible allumé dans la chambre de combustion et pour décharger les gaz de combustion de cette chambre à travers l'ouverture inférieure en relation d'échange thermique avec une surface placée sous l'ouverture. Une surface d'échange de chaleur cylindrique entoure la chambre de combustion et est séparée de celle-ci par un espace annulaire. Les gaz de combustion remontent ensuite à partir de la première surface d'échange de chaleur et sont amenés en relation d'échange thermique avec la chambre de combustion et la surface d'échange de chaleur cylindrique.
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Une forme d'exécution préférée de l'invention, est.décrite ci-après à titre d'exemple avec préférence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig. 1 est une coupe de la chaudière suivant la présente invention; la Fig. 2 est une coupe fragmentaire de la Fig. 1 suivant la ligne A - A; et, la Fig. 3 est une vue fragmentaire représentant le dispositif de retardement placé dans le passage annulaire séparant la première et la seconde enveloppes.
Dans les dessins, la fig. 1 est une coupe d'une chaudière 2 suivant la présente invention. Cette chaudière comprend une première enveloppe 3 qui est de préférence en acier inoxydable et comporte des dispositifs appropriés pour introduire un mélange combustible allumé dans cette chambre d'une façon décrite ci-après plus en détails.
Une seconde enveloppe 4 est concentrique à la première enveloppe 3 et l'entoure complètement. Une troisième enveloppe 5 entoure la seconde enveloppe 4. Dans cette forme d'exécution particulière, la troisième enveloppe 5 et la seconde enveloppe 4 sont excentréés l'une par rapport à l'autre, à une fin que l'on décrira plus en détails ci-après. Les enveloppes 3, 4 et 5 sont des organes cylindriques dans l'ensemble. La seconde enveloppe 4 comporte une plaque 6 servant à en obturer le fond. Une plaque annulaire 8 est placée à la partie supérieure de la chaudière 2 et obture l'espace annulaire séparant les enveloppes 4 et 5. Il est à remarquer que ces organes sont soudés de façon à former un ensemble d'une pièce ; cependant, on peut utiliser d'autres procédés pour fixer ces éléments.
Grâce à cette construction, une chemise 14 est prévue autour de la première enveloppe 3. Cette chemise sert à recevoir la chaleur dégagée dans la chambre de combustion de la chaudière. Afin d'évacuer la chaleur ainsi produite, on fait circuler de l'eau au moyen d'une pompe 15 à travers une conduite 16 et on l'envoie dans le raccord 17 qui est monté dans l'enveloppe 5.
Cette eau est introduite dans la partie inférieure de la chemise 14, monte dans cette chemise et est débitée par un raccord 19 placé à la partie supérieure de la chemise. Afin de tenir compte d'une fuite dans le circuit d'eau comprenant la chemise 14, on prévoit un second raccord inférieur 18 pour intro- duire de l'eau de ville.
Fréquemment, des poches d'air se forment en dessous de la plaque annulaire 8 à la partie supérieure de la chemise. On a constaté que cette poche d'air est une cause de corrosion excessive de la chemise dans cette zone. Pour empêcher cette formation, un tube en cuivre relie la zone adjacente à la plaque 8 au raccord 19 pour ventiler cet air emprisonné.
Une plaque 9 obture la partie supérieure de la seconde enveloppe 4 et est percée d'une ouverture à travers laquelle s'étend la cheminée 10.
Plusieurs ailettes intérieures 21 s'étendent radialement vers l'in- térieur à partir de la seconde enveloppe 4. Ces ailettes s'étendent parallèlement à l'axe de la seconde enveloppe.
Quelques unes de ces ailettes s'étendent vers l'intérieur et viennent en contact avec la première enveloppe 3 afin de la supporter dans la seconde enveloppe,
La première enveloppe 3 définit en substance la chambre de combustion 11 de la chaudière 2. Cette enveloppe 3 en acier inoxydable contient un déflec- teur en céramique approprié 22 relié par un étrier 23 à l'enveloppe 3. La section inférieure de l'enveloppe 3 présente une ouverture 28. La partie supérieure de l'enveloppe 3 est fermée par une cloison 24 en briques réfractaires appropriées ou en une autre matière céramique, Une bride droite 26 s'étend vers le haut à
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partir de cette section de matière céramique et est remplie d'une matière isolante appropriée'dont le rôle sera décrit de façon plus détaillée ci-après.
Il est à remarquer que les ailettes 21 sont toutes en contact substantiel avec la bride 26, définissant ainsi un cercle d'ouvertures espacées.
Afin d'introduire un mélange de combustible allumé dans la chambre de combustion 11, un tube 30 s'étend à travers les enveloppes 4 et 5 et ce tube est concentrique par rapport à l'ouverture 34 ménagée dans la première enveloppe 3. Un brûleur approprié 31 qui est du type bien connu dans le métier est utilisé pour introduire le mélange combustible. Ce brûleur comprend habituellement un dis- positif servant à faire passer de l'air dans la chambre de combustion, un dispo- sitif pour pulvériser du combustible liquide dans le courant d'air ainsi intro- duit, ainsi que des dispositifs pour allumer ce mélange. Afin de sceller de façon étanche la tuyère 33 du brûleur contre le tube 30, on utilise un joint approprié 32.
Afin d'inspecter la flamme dans la chaudière, des dispositifs appro- priés sont prévus et comprennent un tube 46 qui traverse les enveloppes 4 et 5 et qui comporte un volet approprié 47 qui obture l'extrémité de ce tube 46 lors- qu'on n'observe pas la flamme.
Afin d'améliorer le rendement de la chaudière, on utilise une série de dispositifs de retardement 12 et 13. Ces dispositifs de retardement compren- nent plusieurs bandes en zigzag. Ces organes en zigzag sont placés dans le.s espaces séparant les ailettes 21 afin de freiner l'écoulement de l'air à travers les ailettes de façon que les gaz de combustion soient maintenus en relation d'échange thermique avec la partie supérieure de la seconde enveloppe 4 pendant une période prolongée.
Si on le désire, la chaudière de la présente invention peut en outre servir à distribuer de l'eau chaude en plus de sa capacité de chauffage, en main- tenant les enveloppes 4 et 5 excentrées l'une par rapport à l'autre. Une partie élargie de la chemise 14 est prévue, dans laquelle on peut insérer un serpentin à eau chaude approprié 50 qui comporte des raccords appropriés 51 et 52 qui traversent la plaque annulaire 8.
Pour assurer un fonctionnement approprié, des commandes classiques sont nécessaires et peuvent être introduites à travers des raccords appropriés (non représentés) dans l'enveloppe 5. Ces commandes peuvent comprendre un ther- maltimètre et un aquastat. Le thermaltimètre est sensible à la température et à la pression de l'eau contenue dans la chemise 14 et l'aquastat est sensible à la température de l'eau afin de commander la pompe de circulation 15.
La fig. 2 est une coupe fragmentaire suivant les lignes A-A de la Fig. 1. Cette figure représente le déflecteur 22 et l'étrier 23 qui fixe le dé- flecteur à l'enveloppe 3. L'orientation des ailettes intérieures 21 est également représentée.
La fig. 3 est une vue fragmentaire de l'intérieur de l'enveloppe 4 avec les ailettes 21 entre lesquelles sont placés les dispositifs de retardement 12 et 13. Ces dispositifs de retardement présentent une section droite 40 qui peut être reliée à la paroi intérieure de l'enveloppe 4 et à partir de laquelle s'étendent les parties en zigzag 41, 42 et 43.
Afin d'améliorer l'esthétique et l'isolation de l'ensemble, un ha- billage approprié 54 est prévu et enferme toute la chaudière 2.
La chaudière de la présente invention fonctionne comme suit : l'eau est mise en circulation à travers la chemise 14 par l'aquastat qui commande la pompe 15 qui chasse l'eau à travers la conduite 16 et le raccord 17 pour la faire pénétrer dans la chemise 14. Cette eau circule autour de la surface de l'enveloppe 4 et de la plaque 6 et est placée en relation d'échange thermique avec les gaz de combustion passant de l'autre côté de ces organes. L'eau circule ensuite vers
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le haut et abandonne une partie de sa chaleur au profit du serpentin de chauffage 50 qui procure de l'eau chaude pour l'habitation comportant la chaudière. L'eau ainsi chauffée traverse le raccord 19 et aboutit à des échangeurs de chaleur appropriés dans le bâtiment à chauffer.
Lorsque la température dans la zone chauffée diminue, un thermostat enclenche le brûleur 31. L'air est ainsi chassé à travers la tuyère 33. Simulta- nément, de l'huile combustible est mélangée à cet air et est ensuite allumée lorsqu'elle pénètre dans la chambre de combustion 11. Il est à remarquer que 1'.extrémité du brûleur 33 est soumise à des températures élevées. Ces températu- res facilitent le mélangeage de l'huile combustible et de l'air.
Le mélange combustible dans la chambre 11 chauffe la première envelop- pe 3 à une température à laquelle l'organe devient incandescent. Par suite de ces conditions d'utilisation très rudes, il est préférable d'utiliser de l'acier inoxydable pour résister à la température élevée.
La partie supérieure de la chambre de combustion est convenablement garnie de briques réfractaires 24 èt de matière isolante 27 pour empêcher tout passage de la chaleur vers le haut vers la cheminée 10.
Le mélange combustible passe dans la chambre 11 et est dévié vers le bas par le déflecteur 22 à travers l'ouverture 28 ménagée dans la partie infé- rieure de l'enveloppe 3. Ces gaz de combustion sont ensuite chassés contre la plaque 6 et sont placés en relation d'échange thermique avec l'eau contenue dans la partie inférieure de la chemise 14.
Lorsque les gaz chauffent la plaque 6, ils sont déviés vers l'exté- rieur et vers le haut le long des ailettes 21. Ces ailettes transmettent la chaleur des gaz de combustion à l'enveloppe 4 et confèrent cette chaleur à l'eau contenue dans la partie supérieure de la chemise 14. Une partie des gaz de com- bustion adjacents à l'enveloppe 3 absorbe de la chaleur de l'enveloppe qui, comme mentionné plus haut, est à l'état incandescent. Ce gaz de combustion réchauffé passe ensuite entre les ailettes 21, dans l'espace annulaire séparant les enve- loppes 26 et 4.
Afin d'évacuer cette chaleur supplémentaire et d'assurer que la chaleur du gaz de combustion ne passe pas dans la cheminée 10, des dispositifs de retardement 12 et 13 freinent l'écoulement du gaz de combustion en le soumet- tant à une turbulence et en améliorant le taux d'échange de chaleur entre les gaz et les ailettes 21 et l'enveloppe 4. Ces gaz ayant été placés en relation d'échange thermique avec le liquide contenu dans la chemise 14 sont en substance plus froids lorsqu'ils sont déchargés par la cheminée 10.
On a décrit une construction de chaudière qui utilise efficacement la zone adjacente à la chambre de combustion. De plus, cette construction crée une circulation à contre-courant des gaz de combustion qui a lieu constamment en présence d'une surface d'échange de chaleur, ce qui améliore fortement l'uti- lisation de la surface de la chambre de combustion et permet simultanément de renfermer la chaudière dans une enveloppe plus compacte. Quoique certaines formes d'exécution représentatives aient été décrites avec référence aux dessins annexés, il est clair que l'invention n'y est pas limitée mais que de nombreux changements et modifications peuvent y être apportés sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
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