Chaudière à foyer cylindrique La présente invention a pour objet une chaudière à foyer cylindrique et chemise d'eau concentrique.
Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte deux brûleurs disposés face à face, chacun à une extrémité du foyer cylindrique, et au moins deux chemises d'eau dis posées concentriquement autour du foyer et délimitant entre elles un espace de section annulaire, la chemise d'eau adjacente au foyer comportant au moins un passage pour faire communiquer le foyer et ledit espace de sec tion annulaire.
Dans un mode de réalisation l'anneau d'eau le plus proche du foyer peut être réalisé sous la forme de deux demi-anneaux, disposés dans le prolongement l'un et l'autre et séparés par un intervalle axial constituant ledit passage.
Dans un autre mode de réalisation, la chemise d'eau adjacente au foyer peut être réalisée en deux par ties, c'est dans cette zone de turbulence que se trouve l'intervalle annulaire séparant les deux demi-anneaux, in tervalle par lequel les gaz chauds peuvent passer du foyer dans l'espace annulaire compris entre l'anneau d'eau interne et l'anneau concentrique adjacent.
La description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé, décrit uniquement à titre d'exemple une forme d'exécution particulière de la chaudière objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale de la chaudière de cette forme d'exécution ; la fig. 2 est une vue en coupe de cette chaudière sui vant la ligne 2-2 de la fig. 1.
On a représenté au dessin d'une manière quelque peu simplifiée, une chaudière qui comprend une enveloppe ou jaquette cylindrique 1 d'axe X-X reposant sur un support constitué par des pieds 2.
L'enveloppe cylindrique 1 contient un calorifuge 3 et ses deux extrémités sont fermées par des portes 4 à ré- fractaire 5, montées sur l'enveloppe par des dispositifs d'articulation 6.
Dans chaque porte 4 est incorporé un brûleur de façade B qui ne sera donc pas décrit en détail. Les deux brûleurs B sont disposés face à face, coaxialement à l'enveloppe cylindrique 1 et au foyer F de la chau dière.
Ce foyer est délimité par des viroles internes 7a de deux demi-chemises d'eau identiques 7 disposées dans le prolongement l'une de l'autre et séparées par un inter valle annulaire axial 8.
Ces demi-chemises sont constituées par des viroles internes 7a- et externes 7b.
Deux autres chemises d'eau 9 et 10 sont disposées concentriquement aux deux demi-chemises 7.
La chemise aussi désignée par 9 est réalisée en deux parties identiques assemblées dans la partie mé diane de la chaudière, par des collerettes 11 fixées au moyen de vis 12 et d'écrous 13. Cette chemise est éga lement constituée par des viroles internes 9a et exter nes 9b.
La chemise d'eau extérieure 10 comprend comme les autres deux éléments identiques réunis par une bride 14 et constitués par des viroles internes 10a et externes lob.
Les chemises d'eau sont séparées par des entretoises 15 (fig. 2) et délimitent des espaces annulaires suc cessifs 16, 17 dans lesquels peuvent circuler les gaz ré sultant de la combustion dans le foyer F. Pour obtenir dans ces espaces annulaires un parcours des gaz opti mal, les passages de communication entre ces espaces sont alternativement situés dans la partie médiane de la chaudière et aux extrémités de celle-ci.
On a déjà indiqué l'existence du passage 8 entre les deux demi-chemises 7. Les demi-chemises suivantes 9 sont fixées à joint étanche dans la partie médiane, mais il est prévu un passage annulaire 18 entre elles et les portes d'extrémité 4 respectives. Il est, de plus, prévu dans cha cune de ces portes des bourrelets d'étanchéité 19, 20 qui coopèrent avec les viroles internes 7a et externes lob des chemises d'eau 7 et 10.
La chaudière est pourvue de moyens d'alimentation, de circulation et d'évacuation de l'eau et des gaz ; ces moyens comprennent une double tubulure 21 d'arrivée ou de retour d'eau qui est disposée à la partie infé rieure de la chaudière-, les chemises d'eau successives communiquent par des passages tubulaires 22, 23 à l'ad mission et 24, 25 à la sortie.
Les tubulures d'arrivée d'eau débouchent en 21a dans la chemise d'eau interne 7 qui doit être la plus irriguée, l'eau passe ensuite dans les autres chemises à travers les passages 22 et 23. On peut remarquer que le passage de communication 22 est plus large que celui 23 prévu entre les deux chemises externes.
Des tubulures 26, 27 de sortie de l'eau sont disposées à la partie supérieure de la chaudière, en face des passages 24 et 25.
Par ailleurs, des dispositifs de vidange 28 sont pré vus à la partie inférieure de la chaudière, pour chaque moitié de celle-ci.
L'évacuation des gaz de combustion, après que ceux- ci ont traversé les diverses parties de la chaudière pré vues à cet effet s'effectue à la partie supérieure de la chaudière, par une cheminée 29, fixée sur la bride 14 qui délimite un collecteur annulaire 30 des gaz de com bustion.
A la partie inférieure de cette bride est prévue une boite à suie 31.
Le fonctionnement d'une telle chaudière est le sui vant : on met tout d'abord en marche simultanément la ventilation des deux brûleurs, puis on effectue l'al- liimage temporisé de ces brûleurs, c'est-à-dire que les deux brûleurs ne sont pas allumés en même temps. Cette précaution est destinée à éviter une déflagration éven tuelle et également à atténuer le choc thermique qui se produit au moment de l'allumage.
En fonctionnement, les deux brûleurs fournissent cha cun un jet de gaz, qui se rencontrent dans la partie médiane du foyer F. Ceci crée dans cette zone une tur bulence qui contribue à obtenir un rendement de com bustion particulièrement élevé. Sous l'action de la pres sion régnant dans le foyer, les gaz de combustion chauds s'échappent radialement dans toutes les directions par l'intervalle 8 délimité par les deux demi-chemises d'eau 7, et s'écoulent dans l'espace annulaire 16 compris entre la chemise d'eau 7 et la chemise d'eau adjacente 9.
Les gaz de combustion se refroidissent peu à peu en cédant de la chaleur à l'eau qui circule dans les chemises d'eau et ce transfert de chaleur s'effectue essentielle ment par rayonnement, ils passent ensuite dans l'inter valle 17 compris entre les deux chemises d'eau exté rieures 9 et 10, en contournant en 18 les bords extrêmes de la chemise d'eau 9.
De là, ils sont collectés dans le passage annulaire 30 et évacués par la cheminée 29.
On remarque que le trajet des gaz chauds de com bustion est rigoureusement symétrique, à la fois par rapport à un plan vertical longitudinal passant par l'axe X-X de la chaudière, et par rapport à un plan mé dian Y-Y, perpendiculaire à l'axe X-X. Cette circulation des gaz sans parcours préférentiel permet d'obtenir un échange thermique optimal avec l'eau circulant dans les anneaux d'eau. Cet échange optimal est complété par le fait que le trajet de l'eau à réchauffer est également rigoureuse ment symétrique par rapport aux deux plans précités.
En effet, l'eau est introduite dans la chemise d'eau 7 par les tubulures 21a, et s'écoule, soit dans la chemise 7 vers les sorties 24, soit vers les anneaux 9 et 10 par les passages 22 et 23.
Les dimensions des chemises d'eau, les épaisseurs des espaces libres entre deux chemises d'eau adjacentes, les sections libres des différents passages prévus pour l'eau et les gaz de combustion sont calculés de façon à ob tenir une circulation contrôlée des deux fluides, un échange de chaleur optimal entre ceux-ci et des carac téristiques admissibles pour ces deux fluides à la sortie de la chaudière.
On réalise, en particulier, dans cette chaudière des vitesses de circulation élevées, ce qui a pour avantage d'éviter pratiquement tout dépôt, de tartre ou de suie, et permet d'éviter, de plus, les phénomènes de sur chauffe localisée. La vitesse de circulation des gaz est cependant ralentie dans les espaces annulaires 16 et 17 pour faciliter l'échange thermique par rayonnement.
La chaudière décrite présente un certain nombre d'autres avantages très importants : tout d'abord, de par sa disposition, elle procure un échauffement de l'eau en utilisant presque uniquement l'effet du rayonnement, il en résulte un rendement maximal de l'échange thermique, qui s'ajoute au rendement de combustion maximal. dû à la présence de deux brûleurs et à leur disposition face à face. Par conséquent, à puissance égale, la chau dière décrite a des dimensions sensiblement inférieures à celles des chaudières classiques.
On a déjà indiqué que le dépôt de suies sur les ex trados de parois des chemises d'eau est relativement faible, or, ce dépôt ne nuit pas à l'échange de chaleur par convection, les suies qui recouvrent les parois des espaces 16 et 17 se conduisent comme des corps noirs et cèdent par conductibilité les calories qu'elles absorbent aux surfaces métalliques des chemises d'eau et à l'eau qui y circule. Le ramonage de cette chaudière devient par conséquent secondaire et nullement impératif.
Un avantage important de la séparation, en au moins deux éléments, de la chemise d'eau 7 provient du fait que l'on diminue de cette façon les effets néfastes de la dilatation des parois métalliques qui limitent cette chemise. En effet, la température régnant dans le foyer étant supérieure à 1000(l C, la dilatation de la virole 7a est importante, ce qui occasionne souvent dans les chau dières classiques des ruptures, en particulier au niveau des soudures. Au contraire dans la chaudière décrite, les effets de la dilatation ne s'appliquent qu'à des élé ments dont la longueur est au plus égale à la moitié de la longueur totale de la chaudière.
On peut remarquer également que la chaudière dans son ensemble présente une symétrie par rapport au plan Y-Y, et est constituée par des éléments identiques assem blés de façon simple dans ou au voisinage du plan médian Y-Y. De cette façon, la chaudière est facilement démontable et toutes ses parties sont aisément accessibles, ce qui constitue un avantage important par rapport aux générateurs de construction monobloc classique.
L'expérience a également prouvé que le fonctionne ment de cette chaudière est particulièrement silencieux, ce qui est<B>dû,</B> vraisemblablement, à la disposition face à face des brûleurs.
On n'a pas représenté sur le dessin les dispositifs de contrôle et de commande de la chaudière, on peut ce- pendant indiquer qu'il est prévu un aquastat sur chaque tubulure de départ d'eau chaude, chacun de ces aquastats coupant, lorsqu'il est déclenché, les deux brû leurs B. Cette disposition assure une sécurité supplé mentaire, au cas où l'un de ces aquastats serait, pour une quelconque raison, hors d'état de fonctionner.
Dans le mode de réalisation représenté, les chemises d'eau concentriques ont à peu près la même épaisseur radiale. Selon une variante, on peut faire croître cette épaisseur, depuis la chemise intérieure, vers les chemises extérieures, de façon à améliorer l'échange thermique dans les chemises extérieures.
On n'a également pas décrit en détail les brûleurs B qui peuvent, selon la puissance envisagée pour la chau dière, être à simple ou à double allure, cette caractéris tique ne modifiant en rien le fonctionnement de celle-ci. Le fait de disposer de deux brûleurs permet par ail leurs une grande souplesse d'emploi, un seul de ces brû leurs pouvant, si on le désire, être mis en marche, en cas de fonctionnement à puissance réduite.