Appareil de chauffage d'un fluide La présente invention est relative à un appareil de chauffage d'un fluide, par exemple un chauffe-eau, un générateur de vapeur ou une chaudière, pourvu d'un dispositif de commande thermostatique pour régler l'ali mentation en combustible.
Un inconvénient des dispositifs de com mande thermostatiques cornus réside dans le fait que leurs caractéristiques de -fonctionne ment sont sujettes à des changements pendant L'utilisation. Ainsi, par exemple, les ther mostats du type à immersion connus sont sujets à la formation de tartre et les éléments bimétalliques à découvert sont sujets à des dépôts de carbone.
L'appareil -de chauffage d'un fluide, sui vant l'invention, comprend une chambre de combustion et un serpentin disposé de ma nière à être soumis à la chaleur de combustion et dans lequel passe le fluide à chauffer, ce serpentin comportant une partie en forme d'anneau fermé continu, un support disposé à l'intérieur d'une paroi isolante de l'appa reil, de manière à "être soustrait à la chaleur de combustion et auquel support la partie en forme d'anneau est connectée rigidement en un point par un raccord s'étendant à tra vers ladite paroi isolante, un élément d'ac- tionnement fixé à la partie en forme d'anneau en un point espacé de son point de connexion au support,
lequel élément s'étend à travers la paroi isolante précitée et est mobile en réponse à la dilatation de ladite partie en forme d'anneau, de manière à actionner un dispositif monté sur le support, ce dernier dispositif servant à régler l'alimentation en combustible de l'appareil, de façon à main tenir la température du fluide chauffé à une valeur constante.
La partie en forme d'anneau continu et le support peuvent être en des matières ayant le même coefficient de dilatation, bien que, si on le désire, ces organes puissent être cons- titués en des matières différentes ayant des coefficients <B>de</B> dilatation différents.
Il est clair qu'en utilisant une partie du serpentin comme élément principal du dis positif de commande thermostatique, un réglage très sensible et positif de l'alimenta tion en combustible est obtenu, étant donné que la dilatation finale de la partie en forme d'anneau est directement affectée par le pas sage du fluide dans celle-ci, quelles que soient les variations de la température dans la- chambre de combustion.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appa reil, objet de l'invention et des variantes de certains détails. La fig. 1 est une coupe verticale d'une chaudière à vapeur constituant ladite forme d'exécution ;
la fig. 2 est, à plus grande échelle, une coupe fragmentaire montrant deux spires adjacentes d'une partie de mur d'eau enrou lée en hélice de serpentin du générateur, ces deux spires étant soudées l'une à l'autre die manière à former une partie en forme d7an- neau fermé, qui porte un élément d'actionne- ment servant à actionnner une vanne à com bustible de by-pass ; la fig. 3 est une coupe horizontale suivant la ligne 3 - 3 de la fig. 1 ;
la fig. 4 est une coupe horizontale frag mentaire de la vanne à combustible de by-pass ; la fig. 5 est une coupe schématique in complète illustrant l'action de la partie en forme d'anneau fermé et de l'anneau de sup port de la vanne à combustible ;
la fig. 6 est une vue schématique illustrant l'action d'un agencement modifié de la partie en forme d'anneau fermé et de l'anneau de support _de la vanne susdite y associé, et la fig. 7 est une vue schématique d'une variante, dans laquelle un commutateur rem place la vanne précitée et sert à commander une soupape à combustible commandée par solénoïde.
A la fi-. 1, le générateur de vapeur dé signé, de manière générale, par la notation de référence 1, comprend un serpentin 2, comportant un certain nombre de tronçons enroulés en spirale 3 disposés au-dessus d'une série de spires enroulées en hélice et formant une section de mur d'eau 4. Le liquide à chauffer est introduit dans le serpen tin 2 par une entrée 5 et en sort par une sortie 6. La section de mur d'eau 4 entoure une chambre de combustion 7 comportant un garnissage 8 en une matière fortement résistante à la chaleur, telle que l'acier inoxydable.
Le serpentin 2 est entouré par une enveloppe métallique cylindrique com prenant une section supérieure 9 et une sec tion inférieure légèrement plus petite 10, qui sont réunies par une partie décalée 11, dans une zone située immédiatement au-dessus de l'extrémité supérieure du garnissage 8. Les sections d'enveloppe 9 et 10 sont entou rées d'une matière thermiquement isolante 12 entourée d'une chemise métallique désignée, de manière générale, par la notation 13, un espace d'air 14 étant prévu entre la matière isolante 12 et la chemise 13.
La chemise 13 comprend une paroi de fond 15 présentant une ouverture centrale dans laquelle est montée une douille 16, par laquelle de l'air peut être introduit dans la chambre de combustion 7. Un anneau 17 repose sur la paroi de fond 15 dans le gar nissage 8 et une couche de matière réfrac taire 18 repose sur la paroi de fond 15 entre la douille 16 et l'anneau 17, de façon à pro téger cette paroi de fond contre la chaleur de combustion. La chemise 13 comporte une seconde paroi de fond 19 disposée sous la paroi de fond 15, un espace d'air 20 étant prévu entre les parois 15 et 19.
La paroi de fond 15 présente un rebord 21 dirigé vers le haut et espacé vers l'intérieur par rapport à la chemise 13, de manière à former un espace d'air annulaire 22, qui communique avec l'espace d'air 20. Un boîtier 23 est dis posé sous la paroi 19 et forme une chambre dans laquelle de l'air est introduit par une soufflerie (non représentée) et qui fait par courir à cet air un trajet en volute avant de le décharger par la douille 16 dans la cham bre de combustion 7. Une partie de l'air amené dans le boîtier 23 est dévié par des ouvertures 24 prévues au voisinage du bord intérieur de la paroi 19, de manière à amener de l'air à circuler dans l'espace 20, puis dans les espaces annulaires 22 et 14, ce qui permet de refroidir à l'air la chemise 13.
Un anneau conique 25 est supporté par l'extrémité supérieure de la section d'enve loppe 9 et est recouvert d'une couche de matière isolante 26. La chemise 13 comporte une partie supérieure 27, qui recouvre la couche de matière isolante 26 et en est séparée par un espace d'air 28. Une bague 29 est montée dans l'ouverture centrale mé nagée dans la partie supérieure 27 et s'étend vers le bas de l'anneau conique 25, cette bague 29 présentant une pluralité d'ouvertures 30, qui communiquent avec l'espace d'air 28. On comprendra que les produits de com bustion provenant de la chambre de combus tion 7 sont évacués par la bague 29, en même temps que l'air de refroidissement dévié du boîtier 23 pour refroidir la chemise 13.
Une tubulure 31 est montée dans une ouverture 32 ménagée dans le boîtier 23 et porte un ajutage 33 de brûleur à huile et des électrodes d'allumage 34. L'huile combustible est amenée à l'ajutage 33 par un conduit 35 raccordé à l'extrémité inférieure de l'ensem ble brûleur. Une vanne automatique de cou pure 35a chargée par ressort est intercalée dans le conduit 35 près de l'ajutage ou gicleur 33. Un tube 36 s'étend radialement à travers la chemise 13 et les couches de matière iso lante 12 et 18 jusqu'au point situé au voi sinage de la douille 16. L'extrémité intérieure du tube 36 se termine au droit de la couche de matière isolante 18, tandis que l'extrémité extérieure du tube 36 est fermée par une fenêtre 37 permettant d'observer la combus tion.
La fenêtre 37 peut être ouverte, lorsqu'on le désire, de façon à permettre à l'occasion l'utilisation du tube 36 pour l'allumage ma nuel. L'ensemble de la chemise est monté sur des pieds 38 servant à le maintenir à distance d'un plancher 39.
Les fig. 1 et 2 montrent que les spires de la section de mur d'eau 4 sont en contact. Deux de ces spires, désignées par les nota tions de référence 41 et 42, sont disposées au-dessus de l'extrémité supérieure du gar nissage 8 et au-dessous des serpentins 3 et sont ainsi exposées à la température la plus élevée dans la chambre de combustion 7. Les spires 41 et 42 sont soudées l'une à l'autre à leur côté extérieur, sur un tour complet, par de la matière de soudure 43, en sorte que les spires 41 et 42 forment une partie du serpentin en forme d'anneau fermé R. Les spires 41 et 42 sont ainsi effectivement mises dans l'impossibilité de se déplacer l'une par rapport à l'autre, tandis qu'elles se .dilatent et se contractent comme un tout lors du chauffage et du refroidissement.
La partie en forme d'anneau formée par les spires 41 et 42 constitue l'élément .principal du dispositif de commande thermostatique.
Une plaque 44 (fig. 2) est soudée à la partie en forme d'anneau R, comme indiqué en 45. Un organe d'espacement 46 comporte un prolongement fileté 47 monté dans un trou taraudé ménagé dans la plaque 44 et s'étend à travers un trou 9a pratiqué dans la sec tion d'enveloppe 9. Un disque 48 est soudé à la section d'.enveloppe 9 et porte un man chon 48a coaxial au trou 9a. L'organe d'es pacement 46 s'étend dans le manchon 48a et présente une longueur suffisante pour faire saillie dans l'espace d'air 14. L'extrémité extérieure de l'organe d'espacement 46 est en contact avec la surface intérieure d'un anneau de support extérieur 49 coaxial à la partie R et qui présente une section en U.
L'anneau de support 49 présente une ouver ture 50, dans laquelle s'étend une vis à capu chon 51, qui est reçue dans un trou taraudé 52 ménagé dans l'organe d'espacement 46. La vis 51 est serrée fermement, de façon que l'anneau de support 49 soit fixé rigidement à la partie en forme d'anneau R en un point.
Une seconde plaque 53 est soudée à la partie en forme d'anneau R comme indiqué en 54 (fig. 2) et est disposée sur une ligne diamétrale commune<I>A - A</I> (fig. 3) avec la plaque 44. Une tige d'actionnement 55 d'une vanne est montée dans un trou taraudé 56 ménagé dans la plaque 53 et est ainsi rigide ment connectée à la partie en forme d'anneau R. La tige 55 s'étend dans une ouverture 9b ménagée dans la section d'enveloppe 9 et à travers une plaque 48c et un manchon 48d similaires respectivement à la plaque 48 et au manchon 48a décrits précédemment. La tige 55 s'étend également à travers une ouver ture 57 ménagée dans l'anneau de support 49.
Un court élément en forme de U 58 che vauche l'anneau de support 49 et est soudé à celui-ci à ses extrémités, comme indiqué en 59 (fig. 6). L'élément 58 présente une ouver ture 60 (fig. 2 et 3), dans laquelle est monté un petit manchon à rebord 61, qui sert de guide pour la tige 55. La tige 55 s'étend, de manière à pouvoir coulisser, au-delà du manchon 61 dans un boîtier 62, qui sert de dispositif de montage pour une vanne 63 de commande de combustible. Le boîtier 62 comporte une partie cylindrique 64 à une extrémité de laquelle est soudée, comme indi qué en 66, une plaque plane 65.
Cette plaque 65 présente une ouverture 67 dans laquelle s'étend le manchon 61, pour aligner le boîtier 62 avec l'anneau de support 49. La plaque 65 est fixée à la pièce 58 par une paire de boulons 68, comme montré à la fig. 3. On notera que la partie cylindrique 64 du boîtier 62 s'étend à travers une ouverture 69 ména gée dans la chemise 13, cette ouverture per mettant d'accéder aux boulons 68. L'ouver ture 69 est, à son tour, obturée par une plaque 70 fixée à la chemise 13 par des vis 71.
Un anneau 75 (fig. 4) présente un bord façonné de manière à permettre à cet anneau de s'étendre partiellement dans l'extrémité extérieure de la partie cylindrique 64 du boî tier 62 à laquelle ledit anneau 75 est soudé, comme indiqué en 76. La vanne de com mande de combustible 63 comporte une base 77 et un corps 78 entre lesquels est inter posé un diaphragme flexible 79, l'assemblage de ces pièces étant assuré par une série de vis à tête 80.
La base 77 de la vanne est appliquée contre l'anneau 75 et l'ensemble de la vanne est monté sur .cet anneau par plusieurs vis à tête 81 relativement longues. Ainsi la vanne à combustible 63 est montée en position fixe par rapport à l'anneau de support 49 en un point diamétralement opposé à l'organe d'espacement 46. Le corps 78 de la soupape présente un alésage 84, dans le quel est montée, de manière coulissante, une tige 85. A son extrémité extérieure, cette tige 85 est filetée en 86 et est vissée dans un prolongement à trou taraudé 87 d'un élé ment 88 de serrage du diaphragme 79.
Le corps 78 comporte également une chambre 90 au voisinage du diaphragme 79 et un manchon cylindrique 91 est disposé dans cette chambre autour de la tige 85. Un ressort de compression 92 entoure le manchon 91 et est en contact par une de ses extrémités avec la paroi d'extrémité 90a de la chambre 90, le ressort 92 étant en contact par son extrémité opposée avec une rondelle 89. Le manchon 91 est destiné à venir en contact avec l'extré mité du prolongement 87, de manière à limiter le mouvement de la tige 85 vers la droite, c'est-à-dire dans la direction d'ouverture de la vanne 63.
La tige 85 présente un prolongement comportant une partie cylindrique 93 à son extrémité intérieure, ce prolongement étant conique sur une partie de sa longueur, comme indiqué en 94. Le corps de vanne 78 com porte également une chambre d'entrée 95 et unie chambre de sortie 96 avec un siège annulaire 97 monté entre elles. La partie conique 94 de la tige 85 coopère avec le siège 97 de manière à régler l'écoulement de com bustible de la chambre d'entrée 95 à la cham bre de sortie 96.
On comprendra que l'ou verture ménagée dans le siège 97 est telle qu'elle reçoit, de manière coulissante, la partie cylindrique 93 de la tige 85 avec un faible jeu, en sorte que la partie conique 94 coopère avec le siège 97 de manière à restreindre ou à augmenter graduellement le débit de com bustible à travers le siège, selon le mouve ment de la tige 85.
La fig. 1 représente schématiquement un réservoir 100 pour un combustible liquide, tel que de l'huile. Une extrémité d'une conduite 101 est reliée au fond du réservoir 100 en 102 et l'extrémité opposée de cette conduite est reliée à l'entrée 103 d'une pompe à com bustible 104. Un raccord en T 105 a une de ses extrémités raccordée à la sortie 106 de la pompe. L'âme du raccord en T 105 est reliée à la conduite 35 conduisant à l'ajutage ou gicleur 33 du brûleur. L'autre côté du raccord en T 105 est relié par une conduite 107 à un raccord 108 (fig. 4 )monté dans une ouverture taraudée 109 communiquant avec la chambre d'entrée 95 de la soupape ou vanne 63.
Le corps 78 de la vanne présente une ouverture taraudée 110 communiquant avec la chambre de sortie 96 et un raccord <B>111</B> de type habituel est monté dans cette ouverture. Une extrémité d'une conduite 112 est reliée au raccord 111 et cette conduite est reliée à son autre extrémité en 113 à l'extrémité supérieure du réservoir 100 (fig. 1). Le corps 78 de la vanne présente également une ouverture taraudée 114 (fig. 4), qui est fermée par un bouchon 114a.
La tige 55 d'actionnement de la soupape est filetée en 115 (fig. 4) à son extrémité extérieure et une butée taraudée intérieure ment 116 est montée sur la partie filetée 115. La butée 116 est agencée pour venir en contact avec l'élément 88, de manière à déterminer la position de la tige 85, de manière à contrôler la dérivation de combus tible à travers la vanne 63. La butée 116 peut tourner par rapport à la tige 55, de manière à permettre un réglage initial de la tige 85 par rapport au siège 97, un écrou 117 porté par la partie filetée 115 de la tige 55 per mettant de bloquer la tige 85 dans la .position ajustée.
Lors du fonctionnement normal de l'ap pareil 1, le fluide dans le système de chauf fage 2 peut être à une température comprise entre environ 38 C lorsque l'appareil est utilisé pour chauffer de l'eau, et une tempé rature relativement élevée de plusieurs cen taines de degrés lorsque l'appareil est utilisé pour engendrer de la vapeur sous pression élevée. Le liquide ou fluide aux températu res susindiquées est en contact direct avec la surface interne du serpentin 2, y compris la partie en forme d'anneau R.
D'un autre côté, l'extérieur de la partie en forme d7an- neau R est soumis à la température produite par le combustible brûlé dans la chambre de combustion 8, cette température pouvant varier entre environ 650 et 1650 C.
Par contre, l'anneau 49 de support de la vanne à combustible n'est exposé qu'aux températures ambiantes ou tout su plus à la chaleur quia passé à travers la couche de matière isolante 12 et est parvenue dans l'espace de circulation d'air 14, en sorte que la température de l'anneau 49 variera entre la température ambiante normale d'environ 21 C et environ 93 C.
Si on suppose que le serpentin 2 et l'an neau de support 49 sont constitués de matières similaires, notamment en acier à faible teneur en carbone, la partie en forme d'anneau R, soumise à des températures relativement plus élevées que l'anneau de support 49, se dila tera beaucoup plus.
On comprendra que, :du fait que la partie R et l'anneau de support 49 sont fixés l'un par rapport à l'autre par l'organe d'espace ment 46 et la vis 51, la partie en forme d'anneau R amènera, lors d'une dilatation, lu. tige 55 de commande de la vanne à s'éloigner de l'organe d'espacement 46. D'un autre côté, la dilatation de l'anneau de support relati vement froid 49 est sensiblement négligeable, en sorte que la vanne à combustible 63 reste sensiblement fixe; mais sa tige 85 est déplacée vers la droite à l'encontre de la force du res sort 92, par contact de la butée 116 avec l'élément 88.
Un tel mouvement de la tige 85 permettra un passage accru de combustible de la chambre d'entrée 95 à la chambre de sortie 96, en sorte que le combustible, au lieu d'être chassé par la pompe 104 dans la conduite 35, est admis à by-passer le gicleur 33 par la conduite 107, la vanne ou soupape 63 et la conduite 112, pour retourner enfin au réservoir 100.
Ainsi, lorsque la différence de température entre la partie en forme d'anneau R et l'anneau de support augmente, la tige 85 de la vanne 63 sera actionnée, de façon à ouvrir davantage cette dernière ou à by-passer davantage die combustible vers le réservoir 100, en sorte que l'alimentation en combustible de l'ajutage ou gicleur 33 du brûleur est automatiquement réduite.
La soupape de coupure habituelle 35a chargée par ressort interrompt complètement l'amenée de combustible au brûleur 33, lorsque la soupape 63 by passe ou dérive le maximum de combustible vers le réservoir 100, pendant une période où la température est excessive. D'un autre côté, si la différence de tempéra ture devait diminuer, la contraction de la partie en forme d'anneau R provoquerait un retrait de la tige 55, de façon à permettre au ressort 92 de ramener la tige de soupape 85 vers la gauche, lorsqu'on considère la fig. 4,
de manière à réduire le by-pass de combustible à travers la soupape 63 et à amener ainsi un volume accru de combustible à être fourni par la pompe 104 au conduit 35. Lorsque la pression dans la conduite 35 excède la charge du ressort appliquée à la soupape ou vanne 35a, celle-ci s'ouvrira et permettra au com bustible d'arriver au gicleur 33 du brûleur par la conduite 35. L'action susdécrite de la partie en forme d'anneau R et de l'anneau de support 49 est illustrée schématiquement à la fig. 5, dans laquelle l'état froid de la partie en forme d'anneau R est illustré en traits pleins et l'état chauffé ou dilaté de 1a partie en forme d'anneau R est indiqué en traits mixtes.
La dilatation de la partie R par rapport à l'anneau de support 49 a été fortement exa gérée, pour démontrer le principe en cause, mais, à supposer qu'il en soit ainsi, on verra que la plaque 53 portant la tige 55 de com mande de la vanne est déplacée sur une dis tance substantielle de la position en traits pleins à celle montrée en traits mixtes, ce qui amène la tige 55 à se déplacer sur une distance correspondante.
L'amplitude du mouvement de la tige 55 par rapport à la soupape 63 peut être modifiée de diverses manières, de façon à obtenir toute action désirée de la soupape de by-pass de fluide 63. Ainsi, comme illustré aux fig. 1 et 3, deux organes d'espacement supplé mentaires 46a peuvent être montés sur la partie en forme d'anneau tubulaire R sur une ligne diamétrale<I>B - B</I> perpendiculaire à la ligne<I>A - A,</I> sur laquelle sont montés l'organe d'espacement 46 et la tige 55.
Les extrémités intérieures :des organes d'espacement 46a sont montées sur des plaques 44a soudées à la partie en forme d'anneau R de la même ma nière que la plaque 44 précédemment décrite. L'extrémité extérieure des deux organes d'espâcement 46a présente un épaulement 46b, qui est en contact avec la face intérieure de l'anneau de support 49, et une partie cylindrique 46c, qui s'étend au-delà de l'épau lement 46b dans une fente allongée 46d mé nagée dans l'anneau 49.
Les organes d'espa cement 46a sont dimensionnés de façon à s'étendre entre la partie en forme d'anneau R et l'anneau de support 49, sans provoquer normalement de distorsion de l'un ou l'autre de ces organes. Des vis à tête 51a avec une rondelle au-dessous de leur tête sont montées sur les extrémités extérieures des organes d'espacement 46a. Ces rondelles ne sont pas en contact avec l'anneau de support 49, en sorte que l'anneau 49 est relativement libre de se mouvoir par rapport aux organes d'es pacement 46a et à la partie en forme d'anneau R.
Il ressort de la fi-. 3 que, lors d'une dilatation de la partie en forme d'anneau R, cette partie tend à déplacer la tige de com mande 55 vers la droite le long de la ligne diamétrale<I>A - A,</I> de la manière précédemment décrite en référence à la fi-. 5. On verra également que les organes d'espacement 46a agissant le long de la ligne diamétrale<I>B - B</I> tendront à déformer ou allonger l'anneau de support 49 le long de ladite ligne diamétrale, en sorte que la partie de l'anneau de support 49 portant la soupape 63 tendra à se déplacer vers la gauche ou en sens opposé à celui du mouvement de la tige d'actionnement 55.
Ainsi, la dilatation de la partie en forme d'an neau R peut être amenée à provoquer un mouvement composé, dans lequel la tige 55 se déplace dans une direction telle que la soupape 63 s'ouvre de manière à by-passer du com bustible, tandis que l'anneau de support 49 déplace la soupape 63 dans une direction telle qu'un résultat similaire soit obtenu. De cette manière, un degré d'ouverture globale plus grand de la soupape ou vanne 63 peut être obtenu pour une différence de température donnée que lorsque la soupape 63 est main tenue relativement fixe et lorsque seule la tige 55 est déplacée.
La fig. 6 illustre schématiquement un agencement modifié de la partie en forme d'anneau R et de l'anneau de support 49, de manière à assurer un déplacement relatif plus grand encore entre la tige 55 et la vanne 63 que celui obtenu par l'emploi des organes d'espacement additionnels. On se rappellera que les organes d'espacement 46a sont en contact avec l'anneau de support 49, lorsque les parties sont à l'état froid, sans produire de distorsion ou déformation de l'anneau 49.
A la fig. 6, des organes d'espacement 46A sont disposés sur la ligne diamétrale<I>B - B,</I> mais ont une longueur légèrement plus grande, soit environ 1,5 mm, que l'espace prévu entre les organes 49 et R, en sorte que l'anneau de support 49 est initialement dé formé et passe d'une forme véritablement cir culaire à une forme quelque peu ovale (l'an neau 49 étant moins rigide que la partie en forme d'anneau. R), l'axe principal de l'ovale coïncidant avec la ligne diamétrale B<B><I>-</I></B><I>B.</I> Ceci procure un état initial comparable à celui dans lequel l'anneau de support 49 est déformé par dilatation de la partie en forme d'anneau R.
Ainsi, il est clair que, lorsque l'anneau de support 49 se trouve dans un état prédistordu lorsqu'il est froid, la dilatation thermique de la partie en forme d'anneau R augmentera la distorsion de l'anneau de sup port 49, en sorte que la partie de cet anneau portant la soupape 63 se déplacera verts la gauche à un degré plus élevé par unité de dilatation thermique die la partie en forme d'anneau R que si l'anneau 49 n'avait pas été initialement distordu. En d'autres termes, un mouvement relatif plus grand entre la tige d'actionnement 55 et la vanne 63 peut être obtenu avec l'agencement montré à la fig. 8 qu'avec celui illustré aux fig. 3 ou 5.
On com prendra également que la longueur des or ganes d'espacement 46A peut être modifiée, de manière à produire tout mouvement relatif désiré entre la tige et la vanne 63. Compte non tenu de l'action modifiée pouvant être obtenue dans la commande de la vanne à combustible 63 par l'emploi des organes d'espacement 46a et 46A, le degré d'ouver- ture de la vanne peut être modifié en réglant la butée 116, comme décrit précédemment et,.
afin de faciliter cet ajustement, la partie cylindrique 64 est découpée, de manière à former une ouverture d'accès 118, pour per mettre l'ajustement de la butée 116 et die l'écrou de blocage 117, de manière à faire varier la position de la butée 116 le long de la partie filetée 115 de la tige 55.
La fig. 7 illustre une forme d'exécution, dans laquelle un commutateur ou interrup- teur 120 normalement fermé remplace la vanne précitée. Le commutateur 120 est monté en circuit avec une vanne 121 de type courant commandée par solénoïde, comme expliqué plus en détails ci-après. Ainsi, la vanne 63 a été remplacée par une console creuse 122, fixée à l'anneau 75 par des vis à tête 123. Dans la console 122 est ménagé un alésage destiné à recevoir une tige 124 sollicitée par un ressort.
Un bras 125 s'étend à partir de la console 122 et le commutateur 120 est monté, de manière réglable, sur ledit bras par des vis 126. Le commutateur 120 com porte une broche 127 en alignement axial avec la tige 124 et agencée pour être influen cée par cette tige et actionnée en vue d'ouvrir ledit commutateur.
Un contact du commutateur 120 est relié à un conducteur 128 et son .autre contact est relié par un conducteur 129 à une borne de la soupape à solénoïde 121, l'autre borne de cette soupape étant connectée à un conducteur 130. Le fil 128 et le conducteur 130 sont connectés à des contacts d'un commutateur principal 131, auquel du courant électrique est fourni par des lignes principales 132 et 133.
La soupape à solénoïde 121 est montée dans une conduite 134 d'alimentation en combustible aboutissant à un brûleur 135 à gaz ou à combustible liquide. La soupape à solénoïde 121 est maintenue par un ressort en position fermée, de manière à interrompre l'arrivée de combustible au brûleur et son solénoïde doit être excité pour provoquer l'ouverture de ladite soupape. Si la différence de dilatation entre la partie en forme d'an neau R et l'anneau 49 devient telle que la tige 124 est amenée en contact avec la broche 127 et que le commutateur 120 est ouvert, le circuit allant à la soupape à solénoïde 121 sera interrompu et la soupape sera désexcitée, ce qui interrompra l'arrivée de combustible au brûleur 135.
Lors d'un changement adé quat des conditions de température, la tige 124 s'éloigne de la broche 127 et le commu tateur 120 se ferme automatiquement de façon à réexciter et à ouvrir la soupape à solénoïde 121, de manière à permettre à nou veau au combustible d'arriver au brûleur 135. Ainsi, l'alimentation en combustible sera contrôlée automatiquement en fonction de la dilatation différentielle de la partie en forme d'anneau R et de l'anneau 49. La soupape à solénoïde 121 peut être fermée en tout temps indépendamment de la commande auto matique, en ouvrant le commutateur 131 à la main.
Le dispositif de commande à commutateur de la fig. 7 a l'avantage par rapport au dis positif de commande à soupape de dérivation du combustible de. pouvoir être utilisé tant dans le cas d'appareils alimentés au gaz que dans celui d'appareils alimentés à l'huile, tan dis qu'il peut servir de dispositif de commande commun pour des appareils alimentés en com binaison au gaz et à l'huile.
Apparatus for heating a fluid The present invention relates to an apparatus for heating a fluid, for example a water heater, a steam generator or a boiler, provided with a thermostatic control device for adjusting the temperature. fuel mentation.
A disadvantage of horned thermostatic control devices is that their operating characteristics are subject to change during use. Thus, for example, known immersion type thermostats are prone to scale formation and exposed bimetallic elements are prone to carbon deposits.
The apparatus -de heating a fluid, according to the invention, comprises a combustion chamber and a coil arranged so as to be subjected to the heat of combustion and in which the fluid to be heated passes, this coil comprising a part in the form of a continuous closed ring, a support disposed within an insulating wall of the appliance, so as to be "withdrawn from the heat of combustion and to which the support the ring-shaped part is connected rigidly at one point by a connection extending through said insulating wall, an actuating element fixed to the ring-shaped part at a point spaced from its point of connection to the support,
which element extends through the aforesaid insulating wall and is movable in response to the expansion of said ring-shaped part, so as to actuate a device mounted on the support, the latter device serving to regulate the fuel supply of the device, so as to keep the temperature of the heated fluid at a constant value.
The continuous ring-shaped part and the support can be made of materials having the same coefficient of expansion, although, if desired, these members can be made of different materials having coefficients <B> of < / B> different dilation.
It is clear that by using a part of the coil as the main part of the thermostatic control device, a very sensitive and positive adjustment of the fuel supply is obtained, since the final expansion of the shaped part. ring is directly affected by the passage of the fluid in it, whatever the temperature variations in the combustion chamber.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus, object of the invention and variants of certain details. Fig. 1 is a vertical section of a steam boiler constituting said embodiment;
fig. 2 is, on a larger scale, a fragmentary section showing two adjacent turns of a part of the water wall wound in a helical coil of the generator, these two turns being welded to each other so as to form a part in the form of a closed ring, which carries an actuating element for actuating a by-pass fuel valve; fig. 3 is a horizontal section taken along line 3 - 3 of FIG. 1;
fig. 4 is a fragmentary horizontal section of the bypass fuel valve; fig. 5 is a complete schematic sectional view illustrating the action of the closed ring-shaped part and of the support ring of the fuel valve;
fig. 6 is a schematic view illustrating the action of a modified arrangement of the closed ring-shaped part and the aforesaid valve support ring associated therewith, and FIG. 7 is a schematic view of a variant, in which a switch replaces the aforementioned valve and serves to control a solenoid-controlled fuel valve.
At the fi-. 1, the signed steam generator, in general, by the reference notation 1, comprises a coil 2, comprising a number of sections wound in a spiral 3 arranged above a series of turns wound in a helix and forming a water wall section 4. The liquid to be heated is introduced into the cylinder 2 through an inlet 5 and leaves it through an outlet 6. The water wall section 4 surrounds a combustion chamber 7 comprising a lining 8 made of a material highly resistant to heat, such as stainless steel.
The coil 2 is surrounded by a cylindrical metal casing comprising an upper section 9 and a slightly smaller lower section 10, which are joined by an offset part 11, in an area immediately above the upper end of the packing. 8. The casing sections 9 and 10 are surrounded by a thermally insulating material 12 surrounded by a metallic jacket designated generally by the notation 13, an air space 14 being provided between the insulating material 12. and the shirt 13.
The jacket 13 comprises a bottom wall 15 having a central opening in which is mounted a sleeve 16, through which air can be introduced into the combustion chamber 7. A ring 17 rests on the bottom wall 15 in the gar. nissage 8 and a layer of refractory material 18 rests on the bottom wall 15 between the sleeve 16 and the ring 17, so as to protect this bottom wall against the heat of combustion. The liner 13 comprises a second bottom wall 19 arranged under the bottom wall 15, an air space 20 being provided between the walls 15 and 19.
The bottom wall 15 has a flange 21 directed upwards and spaced inwardly with respect to the liner 13, so as to form an annular air space 22, which communicates with the air space 20. A housing 23 is placed under the wall 19 and forms a chamber into which air is introduced by a blower (not shown) and which makes this air run a volute path before discharging it through the sleeve 16 into the combustion chamber 7. Part of the air supplied into the housing 23 is deflected through openings 24 provided near the inner edge of the wall 19, so as to cause air to circulate in the space 20, then in the annular spaces 22 and 14, which allows the jacket 13 to be air cooled.
A conical ring 25 is supported by the upper end of the casing section 9 and is covered with a layer of insulating material 26. The jacket 13 has an upper portion 27, which covers the layer of insulating material 26 and is covered with it. is separated by an air space 28. A ring 29 is mounted in the central opening formed in the upper part 27 and extends downwards from the conical ring 25, this ring 29 having a plurality of openings 30, which communicate with the air space 28. It will be understood that the combustion products coming from the combustion chamber 7 are discharged through the ring 29, at the same time as the cooling air diverted from the housing 23 for cool the shirt 13.
A pipe 31 is mounted in an opening 32 in the housing 23 and carries an oil burner nozzle 33 and ignition electrodes 34. The fuel oil is supplied to the nozzle 33 through a conduit 35 connected to the. lower end of the burner assembly. A spring loaded, pure neck automatic valve 35a is interposed in the conduit 35 near the nozzle or nozzle 33. A tube 36 extends radially through the jacket 13 and the layers of insulating material 12 and 18 to the end. point located in the vicinity of the sleeve 16. The inner end of the tube 36 ends in line with the layer of insulating material 18, while the outer end of the tube 36 is closed by a window 37 allowing the combus to be observed. tion.
Window 37 can be opened, when desired, so as to occasionally allow the use of tube 36 for manual ignition. The entire liner is mounted on feet 38 serving to keep it away from a floor 39.
Figs. 1 and 2 show that the turns of the water wall section 4 are in contact. Two of these turns, designated by the reference notations 41 and 42, are arranged above the upper end of the lining 8 and below the coils 3 and are thus exposed to the highest temperature in the chamber. 7. The turns 41 and 42 are welded to each other at their outer side, over a full turn, by the solder material 43, so that the turns 41 and 42 form part of the coil in form of a closed ring R. The turns 41 and 42 are thus effectively made impossible to move with respect to each other, while they expand and contract as a whole during heating and cooling.
The ring-shaped part formed by the turns 41 and 42 constitutes the main element of the thermostatic control device.
A plate 44 (Fig. 2) is welded to the ring-shaped portion R, as indicated at 45. A spacer 46 has a threaded extension 47 mounted in a threaded hole in the plate 44 and extends through a hole 9a made in the envelope section 9. A disc 48 is welded to the envelope section 9 and carries a sleeve 48a coaxial with the hole 9a. The spacer 46 extends into the sleeve 48a and is of sufficient length to protrude into the air space 14. The outer end of the spacer 46 is in contact with the surface. interior of an outer support ring 49 coaxial with part R and which has a U-shaped section.
The support ring 49 has an opening 50, into which extends a cap screw 51, which is received in a threaded hole 52 in the spacer 46. The screw 51 is firmly tightened, so so that the support ring 49 is rigidly attached to the R-ring-shaped portion at one point.
A second plate 53 is welded to the ring-shaped part R as indicated at 54 (fig. 2) and is disposed on a common diametral line <I> A - A </I> (fig. 3) with the plate. 44. An actuating rod 55 of a valve is mounted in a threaded hole 56 formed in the plate 53 and is thus rigidly connected to the ring-shaped part R. The rod 55 extends into an opening 9b. formed in the casing section 9 and through a plate 48c and a sleeve 48d similar respectively to the plate 48 and the sleeve 48a described above. The rod 55 also extends through an opening 57 formed in the support ring 49.
A short U-shaped element 58 goes past the support ring 49 and is welded to it at its ends, as shown at 59 (Fig. 6). The element 58 has an opening 60 (fig. 2 and 3), in which is mounted a small flanged sleeve 61, which serves as a guide for the rod 55. The rod 55 extends so as to be able to slide, beyond the sleeve 61 into a housing 62, which serves as a mounting device for a fuel control valve 63. The housing 62 has a cylindrical part 64 at one end of which is welded, as indicated at 66, a flat plate 65.
This plate 65 has an opening 67 in which the sleeve 61 extends, to align the housing 62 with the support ring 49. The plate 65 is fixed to the part 58 by a pair of bolts 68, as shown in FIG. . 3. It will be noted that the cylindrical part 64 of the housing 62 extends through an opening 69 formed in the sleeve 13, this opening allowing access to the bolts 68. The opening 69 is, in turn, closed. by a plate 70 fixed to the sleeve 13 by screws 71.
A ring 75 (fig. 4) has an edge shaped so as to allow this ring to extend partially into the outer end of the cylindrical part 64 of the housing 62 to which said ring 75 is welded, as indicated at 76. The fuel control valve 63 comprises a base 77 and a body 78 between which is interposed a flexible diaphragm 79, the assembly of these parts being ensured by a series of head screws 80.
The base 77 of the valve is pressed against the ring 75 and the entire valve is mounted on this ring by several relatively long cap screws 81. Thus the fuel valve 63 is mounted in a fixed position with respect to the support ring 49 at a point diametrically opposite to the spacer member 46. The body 78 of the valve has a bore 84, in which is mounted. , in a sliding manner, a rod 85. At its outer end, this rod 85 is threaded at 86 and is screwed into an extension with a threaded hole 87 of an element 88 for clamping the diaphragm 79.
The body 78 also comprises a chamber 90 in the vicinity of the diaphragm 79 and a cylindrical sleeve 91 is arranged in this chamber around the rod 85. A compression spring 92 surrounds the sleeve 91 and is in contact by one of its ends with the wall. end 90a of the chamber 90, the spring 92 being in contact at its opposite end with a washer 89. The sleeve 91 is intended to come into contact with the end of the extension 87, so as to limit the movement of the rod 85 to the right, that is to say in the direction of opening of the valve 63.
The rod 85 has an extension comprising a cylindrical portion 93 at its inner end, this extension being conical over part of its length, as indicated at 94. The valve body 78 also carries an inlet chamber 95 and a united valve chamber. outlet 96 with an annular seat 97 mounted between them. The conical portion 94 of the rod 85 cooperates with the seat 97 so as to regulate the flow of fuel from the inlet chamber 95 to the outlet chamber 96.
It will be understood that the opening made in the seat 97 is such that it receives, in a sliding manner, the cylindrical part 93 of the rod 85 with a small clearance, so that the conical part 94 cooperates with the seat 97 so to restrict or gradually increase the flow of fuel through the seat, according to the movement of the rod 85.
Fig. 1 schematically represents a reservoir 100 for a liquid fuel, such as oil. One end of a pipe 101 is connected to the bottom of the tank 100 at 102 and the opposite end of this pipe is connected to the inlet 103 of a fuel pump 104. A T-connector 105 has one of its ends connected to the outlet 106 of the pump. The core of the T-fitting 105 is connected to the pipe 35 leading to the nozzle or nozzle 33 of the burner. The other side of the T-fitting 105 is connected by a pipe 107 to a fitting 108 (fig. 4) mounted in a threaded opening 109 communicating with the inlet chamber 95 of the valve or valve 63.
The body 78 of the valve has a threaded opening 110 communicating with the outlet chamber 96 and a fitting <B> 111 </B> of the usual type is mounted in this opening. One end of a pipe 112 is connected to the connector 111 and this pipe is connected at its other end at 113 to the upper end of the tank 100 (FIG. 1). The body 78 of the valve also has a threaded opening 114 (Fig. 4), which is closed by a plug 114a.
The valve actuating rod 55 is threaded 115 (Fig. 4) at its outer end and an internally threaded stop 116 is mounted on the threaded portion 115. The stop 116 is arranged to come into contact with the element. 88, so as to determine the position of the rod 85, so as to control the bypass of fuel through the valve 63. The stop 116 can rotate relative to the rod 55, so as to allow an initial adjustment of the rod 85 relative to the seat 97, a nut 117 carried by the threaded part 115 of the rod 55 allowing the rod 85 to be locked in the adjusted position.
During normal operation of the apparatus 1, the fluid in the heating system 2 may be at a temperature of between about 38 C when the apparatus is used for heating water, and a relatively high temperature of several hundred degrees when the appliance is used to generate high pressure steam. The liquid or fluid at the above-mentioned temperatures is in direct contact with the internal surface of the coil 2, including the ring-shaped part R.
On the other hand, the exterior of the ring-shaped portion R is subjected to the temperature produced by the fuel burnt in the combustion chamber 8, this temperature varying between about 650 and 1650 C.
On the other hand, the support ring 49 of the fuel valve is only exposed to ambient temperatures or more to the heat which has passed through the layer of insulating material 12 and has reached the circulation space d. air 14, so that the temperature of the ring 49 will vary between normal room temperature of about 21 C and about 93 C.
If it is assumed that the coil 2 and the support ring 49 are made of similar materials, especially low carbon steel, the ring-shaped part R, subjected to relatively higher temperatures than the ring support 49, will expand much more.
It will be understood that, since the part R and the support ring 49 are fixed relative to each other by the space member 46 and the screw 51, the ring-shaped part R will bring, during an expansion, read. valve control rod 55 to move away from the spacer 46. On the other hand, the expansion of the relatively cold support ring 49 is substantially negligible, so that the fuel valve 63 remains substantially fixed; but its rod 85 is moved to the right against the force of the res out 92, by contact of the stop 116 with the element 88.
Such movement of the rod 85 will allow an increased passage of fuel from the inlet chamber 95 to the outlet chamber 96, so that the fuel, instead of being forced by the pump 104 into the line 35, is admitted. bypassing the nozzle 33 through the line 107, the valve or valve 63 and the line 112, to finally return to the tank 100.
Thus, when the temperature difference between the ring-shaped portion R and the support ring increases, the rod 85 of the valve 63 will be actuated, so as to open the latter more or to bypass more fuel to the valve. the reservoir 100, so that the fuel supply to the nozzle or nozzle 33 of the burner is automatically reduced.
The usual spring loaded cut-off valve 35a completely interrupts the supply of fuel to the burner 33, when the valve 63 bypasses or diverts the maximum amount of fuel to the tank 100, during a period when the temperature is excessive. On the other hand, if the temperature difference were to decrease, the contraction of the ring-shaped portion R would cause the rod 55 to retract, so as to allow the spring 92 to return the valve rod 85 towards the end. left, when considering fig. 4,
so as to reduce the bypass of fuel through valve 63 and thereby cause an increased volume of fuel to be supplied from pump 104 to conduit 35. When the pressure in conduit 35 exceeds the spring load applied to the conduit 35. valve or valve 35a, this will open and allow the fuel to reach the burner nozzle 33 through line 35. The above-described action of the ring-shaped part R and of the support ring 49 is illustrated schematically in FIG. 5, wherein the cold state of the R-ring portion is shown in solid lines and the heated or expanded state of the R-ring portion is shown in phantom.
The expansion of the part R with respect to the support ring 49 has been greatly exaggerated, to demonstrate the principle in question, but, assuming that this is so, it will be seen that the plate 53 carrying the rod 55 of The valve control is moved a substantial distance from the solid line position to that shown in phantom, causing the rod 55 to move a corresponding distance.
The amplitude of the movement of the rod 55 relative to the valve 63 can be varied in various ways, so as to obtain any desired action from the fluid bypass valve 63. Thus, as illustrated in Figs. 1 and 3, two additional spacers 46a can be mounted on the tubular ring-shaped part R on a diametral line <I> B - B </I> perpendicular to the line <I> A - A, </I> on which are mounted the spacer 46 and the rod 55.
The inner ends: spacers 46a are mounted on plates 44a welded to the ring-shaped portion R in the same manner as the plate 44 previously described. The outer end of the two spacers 46a has a shoulder 46b, which is in contact with the inner face of the support ring 49, and a cylindrical part 46c, which extends beyond the shoulder. 46b in an elongated slot 46d formed in the ring 49.
The spacers 46a are dimensioned so as to extend between the ring-shaped portion R and the support ring 49, without normally causing distortion of either of these members. Head screws 51a with a washer below their head are mounted on the outer ends of the spacers 46a. These washers are not in contact with the support ring 49, so that the ring 49 is relatively free to move relative to the spacers 46a and to the ring-shaped part R.
It appears from the fi-. 3 that upon expansion of the ring-shaped part R, this part tends to move the control rod 55 to the right along the diametral line <I> A - A, </I> of the manner previously described with reference to fi-. 5. It will also be seen that the spacers 46a acting along the diametral line <I> B - B </I> will tend to deform or elongate the support ring 49 along said diametral line, so that the part of the support ring 49 carrying the valve 63 will tend to move to the left or in the opposite direction to that of the movement of the actuating rod 55.
Thus, the expansion of the ring-shaped portion R can be caused to cause a compound movement, in which the rod 55 moves in a direction such that the valve 63 opens so as to bypass fuel. , while the support ring 49 moves the valve 63 in a direction such that a similar result is obtained. In this way, a greater degree of overall opening of the valve or valve 63 can be obtained for a given temperature difference than when the valve 63 is held relatively stationary and when only the rod 55 is moved.
Fig. 6 schematically illustrates a modified arrangement of the ring-shaped portion R and of the support ring 49, so as to provide an even greater relative displacement between the rod 55 and the valve 63 than that obtained by the use of additional spacers. It will be remembered that the spacers 46a are in contact with the support ring 49, when the parts are in the cold state, without producing any distortion or deformation of the ring 49.
In fig. 6, spacers 46A are arranged on the diametrical line <I> B - B, </I> but have a slightly greater length, or about 1.5 mm, than the space provided between the members 49 and R, so that the support ring 49 is initially deformed and changes from a truly circular shape to a somewhat oval shape (the ring 49 being less rigid than the ring-shaped part. R) , the main axis of the oval coinciding with the diametral line B <B> <I> - </I> </B> <I> B. </I> This provides an initial state comparable to that in which the The support ring 49 is deformed by expansion of the ring-shaped portion R.
Thus, it is clear that when the support ring 49 is in a predistorted state when it is cold, the thermal expansion of the R-ring portion will increase the distortion of the support ring 49, so that the part of this ring carrying the valve 63 will move to the left to a greater degree per unit of thermal expansion than the ring-shaped part R than if the ring 49 had not been initially distorted. In other words, a greater relative movement between the actuating rod 55 and the valve 63 can be obtained with the arrangement shown in FIG. 8 than with that illustrated in FIGS. 3 or 5.
It will also be appreciated that the length of the spacers 46A can be varied, so as to produce any desired relative movement between the stem and the valve 63. Not taking into account the modified action obtainable in the control of the valve. fuel valve 63 by using the spacers 46a and 46A, the degree of opening of the valve can be changed by adjusting the stop 116, as previously described and ,.
in order to facilitate this adjustment, the cylindrical part 64 is cut, so as to form an access opening 118, to allow the adjustment of the stop 116 and die the locking nut 117, so as to vary the position stop 116 along the threaded portion 115 of the rod 55.
Fig. 7 illustrates an embodiment, in which a switch or switch 120 normally closed replaces the aforementioned valve. The switch 120 is connected in circuit with a solenoid controlled common type valve 121, as explained in more detail below. Thus, the valve 63 has been replaced by a hollow bracket 122, fixed to the ring 75 by head screws 123. In the bracket 122 is formed a bore intended to receive a rod 124 biased by a spring.
An arm 125 extends from console 122 and switch 120 is adjustably mounted to said arm by screws 126. Switch 120 carries a pin 127 in axial alignment with rod 124 and arranged to be. influenced by this rod and actuated to open said switch.
One contact of the switch 120 is connected to a conductor 128 and its other contact is connected by a conductor 129 to one terminal of the solenoid valve 121, the other terminal of this valve being connected to a conductor 130. The wire 128 and conductor 130 are connected to contacts of a main switch 131, to which electric current is supplied by main lines 132 and 133.
The solenoid valve 121 is mounted in a fuel supply line 134 leading to a gas or liquid fuel burner 135. The solenoid valve 121 is held by a spring in the closed position, so as to interrupt the supply of fuel to the burner and its solenoid must be energized to cause the opening of said valve. If the difference in expansion between the ring-shaped portion R and the ring 49 becomes such that the rod 124 is brought into contact with the pin 127 and the switch 120 is opened, the circuit to the solenoid valve 121 will be interrupted and the valve will be de-energized, which will interrupt the flow of fuel to the burner 135.
Upon a suitable change in temperature conditions, the rod 124 moves away from the pin 127 and the switch 120 automatically closes to re-energize and open the solenoid valve 121, so as to allow fuel to the burner 135. Thus, the fuel supply will be controlled automatically according to the differential expansion of the ring-shaped portion R and the ring 49. The solenoid valve 121 can be closed in turn. any time regardless of the automatic control, by opening switch 131 by hand.
The switch control device of FIG. 7 has the advantage over the positive fuel bypass valve control device. be able to be used both in the case of gas-fired appliances as in that of oil-fired appliances, tan say that it can serve as a common control device for appliances supplied in combination with gas and gas. oil.