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Chaudière, particulièrement chaudière du type à éléments.'
La présente invention se rapporte à une chaudière de construction compacte, particulièrement une chaudière à éléments, à tirage naturel ou forcé, qui permet une meilleure efficacité de fonctionnement grâce à une répartition plus uniforme des gaz ',de combustion dans les carneaux de la chaudière et, pour les chaudières à tirage forcé, grâce à une bonne étanchéité aux fuites de gaz par les parois de la chaudière.
La présente invention a pour but de procurer une construction améliorée de l'intérieur de la chaudiè- re, dans laquelle les gaz de combustion.produits par la combustion qui est localisée à une extrémité de la chaudière, soient unifor- mément répartis sur toute la longueur de la chaudière;
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des dispositifs permettant d'assurer que tous les élé- ments d'une chaudière à éléments contribuent d'une façon égale au transfert de chaleur grâce au réglage de la circulation de gaz de combustion permettant d'obtenir un transfert de chaleur maximum; des dispositifs de commande de circulation réglables de manière à pouvoir régler la circulation des gaz de combustion;
une chaudière améliorée du type à éléments dans la- quelle les éléments de chaudière forment un foyer entouré complè tement de surfaces de chauffe en contact avec l'eau de sorte qu'il ne faut pas de chambre de combustion ; une construction améliorée de chaudière qui empêche les pertes de chaleur par le fond de la chaudière; une construction améliorée de chaudière à utiliser avec un brûleur du type à rétention de flamme, dans laquelle la circu- lation de gaz de combustion soit réglée.de façon que la résistance é la circul ion décroisse progressivement de l'avant à l'arrière de la chaudière, dans un sens s'écartant du brûleur;
une construction améliorée de chaudière pouvant être utilisée avec un brûleur a tirage naturel, dans laquelle la circu- lation des gaz de combustion soit réglée de manière que la résistan- ce à la circulation augmente progressivement de l'avant vers 1'arriè re de la chaudière, dans un sens s'écartant du brûleur; une construction améliorée de chaudière pouvant être utilisée avec un brûleur du type à tirage forcé ou un brûleur du type à tirage naturel, de manière que la résistance désirée à la circulation des gaz de combustion soit obtenue pour le brûleur utilisé;
une construction améliorée de chaudière du type à éléments dans laquelle les éléments de chaudières forment un foyer,, et des garnitures d'étanchéité propres à rendre bien étanches tout autour du foyer les éléments adjacents,sont prévues de manière à rester accessibles lorsque la chaudière est montée.
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D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de 1a description donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une vue en perspective d'une chaudière à éléments conforme à l'invention, dans laquelle des parties sont arrachées pour montrer les détails de la construction intérieure de la chaudière;
Fig. 2, 3 et 4 sont des vues de côté des éléments avant, intermédiaires et arrière respectivement d'éléments de chaudière utilisés dans la construction de la Fig. 1 suivant une forme de réalisation de la présente invention: Fig. 5 montre la relation entre les carneaux de circulation de gaz de combustion de la chaudière de la Fig. 1 et un dispositif pour régler la cire dation des gaz de combus-.
' tion dans ces carneaux;
Fig. 6 est une vue de côté d'un élément avant de la chaudière de la Fig. 1 construit suivant une deuxième forme de réalisation de la présente invention;
Fig. 7 est une vue de côté d'un élément avant de la chaudière de la Fig. 1 construit suivant une troisième forme de ' réalisation de la présente invention, et
Fig. 8 est une coupe partielle représentant le dispo- sitif d'étanchéité e n t r e deux des éléments montrés sur la Fig. 1.
On décrira ci-après une forme de réalisation préférée de,la présente invention d'une chaudière du type à éléments, c'est-à-dire une chaudière formée ae plusieurs éléments rectangu- laires reliés entre eux par des moyens mécaniques et formant un foyer situé au milieu à - la partie inférieure de la chaudière.
Sur les dessins et plus particulièrement sur les
Fig. 1 à 4, la partie avant d'une chaudière 10 du type à éléments a été enlevée. Dans la forme de réalisation représentée, les éléments
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de chaudière rectangulaires 11 sont montés de façon à former,un foyer 12 'situé au milieu de 1 e u r partie la plus basse. Pour chauffer la chaudière= un brûleur du type à tirage forcé ou à tira- ' ge naturel (non représenté) peut être monté à l'avant de la chau dière près du foyer 12. Les gaz de combustion chauds sont produits par les flammes dans le. foyer et traversent la chaudière vers une sortie de gaz de combustion (non représentée) qui conduit - les gaz vers la cheminée.
La sortie des gaz est soit fixera l'élément arrière ou de l'autre côté de la chaudière et reçoit les gaz de combustion d'une chambre collectrice con- s t i t u é e par deux carneaux horizontaux 15 qui sont en communica- tion avec la sortie de gaz par une lumière de sortie de fumée dans la paroi extérieure de 1'élément arrière ou dans la partie supérieure de la chaudière à éléments. De plus, des portes à char- nière (non représentées) sont prévues près de la chambre collec- trice pour rendre celle-ci étanche et perraettre d'y accéder,, par exemple pour la nettoyer.
Pour produire de la vapeur ou pour alimenter un sys- tème d'eau chaude, de l'eau circule dans un collecteur intérieur 16 et des passages d'eau 17 formés dans chaque élément coulé de la chaudière. Le collecteur intérieur 16 est formé par le raccordement de tronçons supérieurs de collecteurs 18 par des emboîtements 19, et un tuyau (non représenté) est relié au collecteur vers le sys terne de chauffage. Comme représenté sur la Fig. 1, les éléments individuels de la chaudière sont coulés de manière à former des passages d'eau 17 dans chaque élément individuel et le foyer 12 est entièrement entouré par ces passages d'eau, c'est-à-dire que le foyer est entouré de surfaces de chauffe en contact avec l'eau.
Etant donné que le foyer est entouré de ces surfaces en contact avec l'eau, une chambre de combustion n'est pas nécessaire comme ce serait le cas autrement. Ainsi, cette construction de chaudière permet de réduire la hauteur de'la chaudière et procure donc
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une chaudière de plus faible dimension. Cette construction réduit également les pertes de chaleur par le fond de la chaudière.
Les éléments de chaudière sont également construits de manière à former des carneaux verticaux 21 entre les éléments adjacents de chaudière. A cette fin, chaque côté des différents éléments de la chaudière est conformé de manière que, lors du montage d'éléments adjacents, des carneaux verticaux 21 sont for més entre les éléments des deux côtés de la chaudière. Ainsi, les carneaux 21 sont reliés aux carneaux horizontaux 15 (chambre collectrice) qui, dans cette forme de réalisation, sont situés au milieu d e la chaudière au-dessus du foyer 12.
Pour transférer la chaleur à l'eau circulant dans le collecteur 16 et les passages d'eau 17 des éléments de la chaudière, les gaz de combustion produits dans le foyer par un brûleur à tirage naturel ou forcé sont amenés latéralement ' vers la paroi extérieure de la chaudière,pour monter entre les éléments de chaudière adjacents par les carneaux verticaux 21.
Comme représenté sur la Fig. l, ces carneaux verticaux 21 par- tent, à leur partie inférieure, d e la zone supérieure 22 du foyer.. Dans le sens vertical, les carneaux verticaux 21 sont limités par les coins supérieurs arrondis de la chaudière elle-même, qui forment des carneaux coudés 2le. Ces carneaux coudés 219 sont disposés latéralement par rapport ,aux carneaux horizontaux 15 avec lesquels ils communiquent par des carneaux 21'' dirigés vers le bas pour que les gaz de combus.' tion chauds passent via les carneaux coudés vers la chambre col- lectrie, après être passés dans les carneaux verticaux.
Etant donné qu'un carneau vertical est formé de chaque coté des éléments de chaudière entre les éléments adjacents, les gaz chauds de combustion du foyer sont divisés en plusieurs courants individuels de gaz , en nombre égal au nombre de carneaux verticaux,et ces courants de gaz de combustion circulent dans les carneaux horizon-
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taux 15.
Suivant 1'invntion un dispositif est prévu pour . commander la circulation de gaz de combustion dans les rameaux verticaux 21 de manière à obtenir une répartition uniforme des gaz de combustion sur la longueur de la chaudière. Plue spéciale.
. ment, un dispositif est prévu pour assurer que tous les éléments . de chaudière contribuent également au transfert de chaleur aux surfaces de chauffe.en commandant la circulation de gaz de combus- . tien de manière à obtenir un transfert de chaleur'maximum. Le nombre de carneaux horizontaux 15 peut être doublé, de manière que sur la longueur de la chaudière il y ait par exemple quatre carneaux horizontaux, par lesquels les gaz de combustion passent en sens inverses pour que deux carneaux horizontaux médians dans lesquels les gaz de combustion passent dans un sens soient flan- qués parallèlement dedeux carneaux horizontaux extérieurs par lesquels les gaz de combustion passent en sens opposé,
des coudes de retour étant prévus pour diriger les gaz de combustion de 1'extréité des carneaux horizontaux médians dans les carneaux horizontaux latéraux. Il est aussi prévu un dispositif pour commander la circulation des gaz de combustion lorsque la chaudière est utilisée avec un brûleur à tirage forcé (brûleur du type à rétention de flamme) ou un brûleur à tirage naturel.
Sur les Fig 1 à 4. des registres coulissants 25 compor- tant des lumières de gaz de combustion 25a sont disposés horizon- talement entre les carneaux descendants 21"et les carneaux hori- zotaxu 15 les registres 25 Détendant sur la longueur de la chau dière La dimension des lumières 25a augmente progressivement sur la longueur desregistres25 et les registres peuvent être placés, de manière que la résistance à la circulation des gaz de combus- tion dans les carneaux associés diminue progressivement dans le sens delà longueur ,du .registre. Ainsi,
les registres 25 sont disposés entre les carneaux horizontaux 26 reliant les carneaux 21" et
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les carneaux horizontaux 15, de manière que les gaz de combustion en provenance des carneaux verticaux passent horizontalement au- dessus des registres pour se disposer au long de la chaudière ainsi que verticalement vers le bas par les lumières
Lorsque la chaudière est chauffée par un brûleur du type à rétention de flamme à tirage forcé, la flamme est en substance confijnée à l'extrémité avant de la chaudière dans la zone de l'ajutage du brûleur.
Ainsi, avec le chauffage par tirage forcé, le dispositif pour commander la circulation de gaz de combustion dans les carneaux verticaux 21 est disposé dans la chaudière de manière à opposer à la circulation des gaz de combustion une résistance décroissant progressivement, par exemple entre des carneaux verticaux successifs de l'avant de la chau- dière vers barrière de celle-ci, c'est-à-dire dans un sens s'écartant du brûleur., les gaz ayant alors une tendance à être attirés vers l'arrière de la chaudière.
Inversement, avec une chaudière chauffée par un brûleur conventionnel à tirage naturel, la flamme s'étend dans tout le foyer et dans 1'extrémité de la chaudière la plus écartée du burûleur Ainsi, le. dispositif de commande de gaz de combustion est disposé dans la chaudière de manière à offrir à la circulation des gaz de combustion une résistance augmentant progressivement, par exemple entre les carneaux verticaux successifs de 1'avant ae la chaudière vers l'arrière de celle-ci, c'est-à-dire dans un sens s'écartant du brûleur, les gaz ayant tendance à être amenés vers la partie avant de la chaudière.
Il s'ensuit que l'effet du dispositif de commande de gaz de combustion est de forcer une plus grande partie des gaz de combustion produits dans le foyer à passer par les passages de moindre résistance en obtenant un cheminement équilibré hori- zontal de gaz de combustion, c'est-à-dire que des quantités égalée de gaz de combustion circulent par les 'différents carneaux verti eaux sur toute la longueur de la chaudiére.
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Les registres coulissants 25 sont réversibles. Ainsi, les registres coulissants 25 peuvent être disposas dans la chau dière de maniéré que la dimension des lumières augmente ou dimi nue progressivement de 1'avant de la chaudière vers carrière 'de celle-ci. Ainsi, la chaudière peutêtre utilise avec tirage forcé ou avec tirage naturel.
La Fig 5 représente le rapport entre les lumières
25a dans les registres 25 et les carneaux 21'', les registres cou- lissants et les carneaux étant représentes dans le même plan pour' . la simplicité mais en pratique, ils sont disposés dans des plans perpendiculaires entre eux de manière que les lumières étran glent de facon réglable la circulation par les carnesua comme représenter la largeur de la plus petie lumière est égale à la largeur f des carneaux 21'' et la largeur des lumières successi- ves augmente progressivement.
Dans la forme de réalisation représentée, la largeur des différentes lumières est déterminée par Inéquation ci-après: pn=f n dans laquelle p est égal à la largeur d'une lumière individuelle, n est égal au nombre de carneaux et, donc au nombre de fentes qui sont numérotées progressivemetn et f est égal a la largeur du carneau 21 De plus, 1'3spacet entre les lumières, R, est de préférence déterminé par l'équation ci-après:
n dans laquelle S est égal à la largeur de chaque élément 11 Enfin, la largeur W des passages d'eau 17 est de préférence supérieure deux fois la largeur des oameaux 21'' Cependant, l'invention ne'st pas limitée aux rapports donnés ci-dessus qui ne sont que des exemples de construction préférés.
En utilisant le rapport entre le registre 25 et les carneaux 21'' représentés sur la Fig. 5. on voit que le premier
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carneau est complètement obturé par le registre et que la partie de chaque carneau suivant (de'droite à gauche) obturée par le registre décroît progressivement. Ainsi, la résistance à la circu- lation des gaz de combustion dans les carneaux 21 diminue progres- sivement de droite à gauche.
Si le registre 25 est déplacépro- gressivement vers la droite, on voit que la résistance à la circu- lation dans chaque carneau diminue et que les carneaux successifs de gauche à droite s'ouvriront les uns après les autres jusqu'à. ce que tous les carneaux soient ouverts. Ainsi, tout rapport désiré de résistance à la circulation des gaz de combustion dans les car- neaux 21'' successifs, peut être obtenu en déplaçant le registre 25.
Ce qui précède montre qu'en faisant coulisser le registre 25 vers la gauche (Fig. 5) on atteint un état dans lequel tous les carneaux 21" sont complètement obturés. Cepen- dant, dans ces chaudières, il n'est pas souhaitable de bloquer complètement la circulation des gaz. Pour éviter ceci, un by-pass est prévu pour les gaz de combustion, représenté sous forme d'un carneau de retour 27 sur la Fig. l, entre les carneaux horizon- taux 26 et les carneaux 15 à l'avant de la chaudière qui ne sont pas affectés par le registre 25 et permettent la circulation de gaz de combustion (comme représenté par la flèche) vers les carneaux 15 lorsque tous les carneaux 21'' sont obturés.
Comme décrit ci-dessus, la résistance à la circula- tion des gaz de combustion offerte par les lumières étranglées
25a décroit progressivement de droite à gauche,comme représenté sur la Fig. 5. Inversement, si l'on renverse lesregistres25,, la résistance à la circulation de gaz augmente progressivement de ,gauche à droite.
Quoique sur la Fig. 2, les registres coulissants 25 soient représentés dans une chaudière à carneaux verticaux dispo- sés latéralement dans laquelle les registres coulissants sont montés horizontalement au-dessus du foyer à L'entrée des carneaux ,
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horizontaux 15, d'autres montages peuvent également convenir.
On de ces montages est représenté sur la Fig. 6 dans lequel les registres coulissants 25 sont disposés verticalement au lieu d'être horizontaux. Sur la fig 6, qui,représente une vue de côté correspondant à la vue de côté de la fig 2, les gaz de combus- tion sont également forcés latéralement vers la paroi extérieure -de la chaudière pour passer vers le haut entre les différents éléments de chaudière par les carneaux verticaux 21. Dans le sens vertical les carneaux verticaux sont limité s-par les coins supérieurs arrondis de la chaudière qui forment des carneaux cpudés 21'.
Les carneaux 21' viennent au-dessus des carneaux horizontaux 15 formés par les éléments adjacents et sont reliés par des carneaux 21" dirigés vers le bas, ces carneaux 21'' étant reliés entre eux par des lumières 26 formant des carneaux hori- zontaux 26 dans la chaudière. Les carneaux 15 sont en communica- tion avec le collecteur de sortie et la cheminée. Lors du fonc- tionnemetn les gaz de combustion montent dans les carneaux 21, passent de les carneaux coudés 21', les carneaux 21" et les lumières du registre coulissant 25 disposé verticalement,pour atteindre les carneaux 15, le rapport entre les carneaux 21" et le registre coulissant 25 correspondant à celui représenté sur la Fig. 5.
Les éléments intermédiaires et arrière qui complètent une chaudière comportant un élément avant comme représenté sur la Fig. 6 ne sont pas représentés. Cependant, il est clair que des éléments intermédiaires et arrière correspondent aux éléments intermédiaires et arrière représentés sur les Fig. 3 et 4, mais sont de construction analogue à celle de l'élément avant repré- senté sur la Fig. 6 de manière que les registres coulissants 25 soient disposés verticalement dans la chaudière.
Le dispositif de commande de circulation de gaz de combustion suivant la présente invention peut convenir également
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pour des chaudières comportant d'autres dispositions de carneaux.
La Fig. 7 représente une construction et un montage de registre coulissant pour éléments de chaudière comportant des carneaux verticaux 21 situés au milieu des éléments au-dessus du foyer 12 et des carneaux horizontaux 15 disposés latéralement de part et d'autre des carneaux verticaux 21 . On voit que les carneaux verticaux 21 situés au centre sont reliés par des carneaux coudés 21' et des carneaux 21" dirigés vers le bas,aux carneaux 15 par dés registres coulissants verticaux 25. Dans cette disposi- tion, les carneaux 21" sont disposés latéralement près des sur- faces extérieures des éléments de chaudière.
Lors du fonctionne- ment, les gaz de combustion montent dans les carneaux verticaux 21, passent dans les carneaux coudés 21 ;' descendent dans les carneaux 21" et passent par les lumières des registres coulis- sants 25 vers les carneaux 15, la ral entre les carneaux 21 " et les registres 25 correspondant à celle représentéesur la Fig.5
A nouveau, les éléments intermédiaires et arrière de cette disposition ne sont pas représentés. Cependant, ces élé ments comporteront des carneaux de gaz correspondant aux carneaux ,de Isolément avant représenté sur la Fig. 3.'
Suivant 1'invention, les éléments adjacents de la .chaudière sont assemblés entre eux de façon étanche au gaz.
Les éléments de chaudière sont rendus étanches entre eux de manière que l'intérieur de la chaudière puisse être maintenu sous pres- sion, par exemple lors d'un chauffage par tirage forcé, sans fuite de gaz de l'intérieur de la chaudière vers l'espace environnant. Cette étanchéité est également importante pour les chaudières à tirage naturel étant donné que les rentrées d'air sans contrôle vers l'intérieur de la chaudière,qui peuvent empêcher une répartition uniforme des gaz de combustion,sont éliminées pendant toute la durée de fonctionnement de la chau- dière ce qui assure une efficacité élevée de fonctionnement.
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Sur les Fig. 2 à 4 les éléments de chaudière sont coulés et com- . , portent des plages d'étanchéité 30 autour des bords extérieurs des éléments de manière à former une boucle en substance conti- nue autour du foyer. De préférence, les plages d'étanchéité s'étendent autour. de la périphérie de la partie supérieure de chaque élément et latéralement le long de la partie de chaque élément qui forme la surface inférieure du foyer. Il est clairqu'avec cette. disposition'les plages d'étanchéité sont accessibles même après le montage de la chaudière.
De plus, ces éléments comportent également des plages d'étanchéité 31 et 32 au milieu de la chambre collectrice ou des carneaux horizontaux 15,séparant ainsi cette zone de la chaudière des autres zones de celle-ci.
Lorsque deux éléments de chaudière sant rapprochés, les plages d'étanchéité viennent en regard et forment un joint d'étanchéité s'étendant en une boucle continue autour des chambres et carneaux de gaz de la chaudière.
Pour obtenir une étachéité au gaz et à l'air entre les plages en regard des éléments adjacents de chaudière et pour obtenir une étanchéité efficace entre chaque élément de la chau- dière, les plages d'étanchéité sont rainurées puur recevoir une garniture d'étanchéité représentée sous la forme d'un corconflexdble35 résistant à la chaleur, par exemple un cordon d'asbeste ou de matière analogue. Un cordon ininterrompu est posé dans les rainu- res 36 formées dans les plages d'étanchéité 30 de manière que ses extrémités se recouvrent et un joint continu est formé autour de tout l'intérieur de la chaudière. De même, un cordon continu est posé dans les rainures 37 et 38 des plages 31 et 32.
Il est souhaitable de coller en place le cordon d'asbeste dans les rai- nures d'étanchéité courbes, en utilisant une colle adhésive (voir Fig. 8). Ceci facilite également le montage de la chaudière étant donné que le cordon d'asbeste est maintenu en place. Pour que la garniture d'étanchéité reste intacte lors du démontage de la
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chaudière l'adhésif ne doit être appliqué que 4$un côté du cor- don d'asbeste dans les plages rainurées d'un élément de la chau- dière.
Lors du montage de la chaudière représentée a titre d'exemple sur les dessins, un emboîtement 19 est placé dans la lumière supérieure 18 d'un élément, par exemple l'élément avant représenté sur la Fig. 2, pour former le collecteur intérieur 16.
Les plus petites lumières inférieures 40 sont ensuite préparée's pour recevoir des emboîtements intérieurs 41 qui sont prévus pour faire partie du système de passage d'eau de la chaudière. Après la pose du cordon d'asbeste sur un élément, par exemple l'élément avant comme représenté sur la Fig. 2 les lumières supérieures et inférieures d'un deuxième élément, par exemple,un élément intermé- aire comme représenté sur la Fig 3, sont ensuite préparées pour recevoir les emboîtements Isolément intermédiaire est alors amené contre l'élément avant a coups de maillet ou .outil ana- logue pour engager les emboîtements dans les lumières inférieures et dans les lumières supérieures de cet élément.
A ce stade, des barres ou tirants . 45¯ sont montés de part et d'autre ae la 'chaudière et l'élément intermédiai.re est alors relié à l'aide de ces tirants à Isolément avant. Les autres éléments,, c'est-a-dire les éléments intermédiaires et arrière,'sont alors assemblés sui- vant la même séquence.
Pour obtenir une étanchéité parfaite entre les élé- ' ments de chaudière, il est souhaitable que les plages d'étan- chéité rainurées 30 de la paroi extérieure de la chaudière soient telles que pendant que les éléments.adjacents de la chaudière sont rapprocns par les tirants, le cordon d'asbeste 35 dans la rainure d'étanchéité courbe extérieure soit comprimé de manière à former un cordon relativement dense,imperméable auxgaz de com- bustion du côté intérieur de la chaudière.
A cette fin, les plages 30 qui viennent en contact sont conformées de manière que
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lorsque les éléments de chaudière sont complètement en contact, dans la position représentée sur la Fig 8 les espaces 50 séparant les bords intérieurs 51 et 52 des éléments de chaudière soient plus faible que l'espace 53 séparant les bords extérieurs 54 et 55 Les tirants 55,lorsqu'ils rapprochent les éléments adjacents de chaudière,compriment le cordon d'asbeste 35 et l'extrudent dans les espaces 50 et 53 séparant les éléments.
En prévoyant un plus grand espace vers le bord extérieur de la paroi extérieure des éléments, le cordon d'asbeste comprimé peut légèrement échapper, en se décomprimant, tandis que la partie du cordon d'asbeste vers l'intérieur de la chaudière est rendue plus dense et imper- méable au gaz.
Ce qui précède montre que l'invention procure une chaudière du type à éléments avec, entre les éléments, des dispositifs d'étanchéité entourant complètement l'intérieur de la chaudière qui, grâce à cette étanchéité, peut fonction- ner avec tirage forcé ou avec tirage naturel,et dans laquelle , quel que s t son Mode de fonctionnement, les produits de com- bustion sont répartis uniformément sur toute la longueur de la chaudière et sont ainsi dispersés vers tous les carneaux de gaz de combustion en contact avec l'eau pour obtenir un transfert de chaleur efficace.
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