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Chaudière de chauffage à surface de chauffage réduite par convexion améliorée.
La présente invention concerne une chaudière de chauffage permettant d'obtenir une convexion améliorée par de chauffage une construction spéciale et dans la/quelle la surface/est en même temps réduite.
Les chaudières de chauffage de ce genre comportent un compartiment d'accumulation du combustible et un système de carzcu d'évacuation raccordé audit compartiment, carnx dans lesquels .des cloisons à circulation d'eau communiquant avec la chambre à eau de la chaudière de chauffage conduisent les produits de combustion en zig-zag avant de les laisser sortir vers le conduit d'échappement qui est généralement la cheminée.
Le tirage nécessaire à la chaudière de chauffage est généralement produit par une cheminée. liais, pour certains
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cas, il a été proposé de perfectionner le tirage à l'aide d'un ventilateur. Un ventilateur de ce genre.. également été utilisé pour vaincre toute résistance excessive de la couche de combustible ou de la grille. On n'a pas cherché à obtenir une augmentation de la vitesse du courant gazeux dans les conduits de la chaudière au-delà de la Vitesse normale ré- sultant d'une bonne cheminée, et d'autres conditions satis- faisantes de tirage.
Cette vitesse de tirage peut être ad- mise égale ou inférieure à 1,5 m3/m2s lorsque le volume ga- zeux est réduit et exprimé en m pour une température de 6 C et 760mm (METRES CUB3S par m2 de suface de chauf- fage et par seconde.
Pour les chaudières de chauffage comportant un ven- tilateur on a trouvé qu'il était économique et avantageux d'augemetner la vitesse des gaz dans les conduits au-dessus de la vitesse usuelle, Avec une vitesse plusélevée des gaz on trouve que le coefficient de transmission de la chaleur des surfaces de chauffage est augmenté, ce qui entraîne une réduction de la surface de chauffage nécessaire pour certai- nes applications. Il en résulte que l'encombrement et les dimensions de la chaudière de chauffage peuvent être réduits.
Or, on peut démontrer que si la vitesse des gaz est augmentée au-dessus d'une certaine limite, les dépenses pro- venant de la consommation de force motrice par le ventila- teur augmente plus rapidement que les dépenses pour la surf- ce de chauffe. La présente invention est fondée sur la cons- tatation qu'une vitesse des gaz plus élevée est souhaitable et qu'une telle vitesse peut être déterminée comme la plus économique, c'est-à-dire une vitesse à laquelle le total des dépenses de fonctionnement pour la production du tirage et de l'annuité pour la surface de chauffe nécessaire peut être fixé au minimum.
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La chute de pression @ dans les conduits- de la chau- dière de chauffage peut être exprimée par le formule
P=A. Wn
Pour le facteur des transmissions de la chaleur k la formule de la surface de chauffage par connexion est ap- proximativement la suivante: k = B.Wm
Dans ces expressions A, B, m,m sont constantes, et W est la vitesse des gaz dans les conduits de la chaudière, ex- primée en mm3/m2s.
La dépense totale de force motrice pour le ventila- teur et de l'annuité pour la surface de chauffe par convexion peut être exprimée de la manière suivante:
K=P. G. r. Z+E. a
Dans cette, formule
G est le volume gazeux par unité de temps r est le coût de force motrice
E est la surface de chauffe par convexion a est l'annuité par m2 de surface de chauffe est la durée de fonctionnement par année.
Le refroidissement dans les conduits de la chaudiè- re est exprimé par la relation suivante;
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dans laquelle t1 est la température des gaz avant le chauffage par conexio t2 est la température des gaz après le chauffage par convexion tv est la température de la surface de chauffe
Cp est la chaleur spécifique des gaz dans les conduits.
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Lorsqu'on désire refroidir les gaz des conduits à une certaine valeurs indépendamment des variations de la vi- tesse des gaz et de la surface de chauffe; on peut opérer suivant la relation
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dans laquelle C est constant.
L'expression précitée pour la dépense K peut égale- ment âtre décrite de la manière suivante
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Si la dépense K est calculée par rapport à la vi- tesse des agaz pour une valeur constante du volume gazeux par unité de temps, on obtient ceci
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La valeur de la vitesse des gaz W, donnant un mini- mum pour la dépense K est obtenue en égalent à 0 cette dé- rivée. On obtient donc l'expression suivante pour la valeur
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économique de ,7v- ïî e = C . , . m 3, . mol''n ( .
B . .. n
Les recherches du demandeur ont montré Qu'on peut adppter avec une sécurité suffisante la valeur de 2,6 pour la valeur m+n, ll en .résulte Que les variations des dépenses pour la chaudière et pour la force motrice, 0. et $r, ainsi que pour la, durée de fonctionne aient 2 nont aucne effet important sur la vitesse économique des gaz We.Le défendeur en a déduit qu'il existe une valeur économique de la vitesse des gaz et que cette valeur We varie assez légèrement dns le cas de vai- tions des dépenses et du mode de fonctionnement.
Les recher- ches ont également montre que We se maintient normalement
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à environ 6 nm "3 /m"s et que cette valeur est valable pour le cas général. On trouve qu'aux environs de la viseur économi- que U pour la vitesse des gaz, :La dépense K varie très lé- gèrement. Le demandeur a trouvé qu'au point de vue pratique et économique il suffit que la vitesse des gaz soit maintenue
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entre et 10 nu'/ L:s . A titre d'exemples la figure 1 du dessin, annexé montre un diagramme de la relation entre al dépense K par année pour le refroidissement du courant ga,- zeux en nm par heure de fonctionnement, et la vitesse des
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gaz '..1 en nlli/mc..s dans le système des conduits.
Il a été sup- posé que le courant gazeux arrive sur la surface de connexion
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à une température de 11000 et quitte la surface refroidi à : dC3. D'autre p:o'rt,. on supposé que le nombre des jour- nées de fonctionnement de vingt quatre heures par année de la surface de chuffge est de 240. Toutes ces valeurs sont très normales. Le diagramme montre que la dépense par année
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atteint son minimum pour une vitesse des gaz de 6nm" m"ss et que 11-, courbe correspondant à cette valeur est relativement plate j ce qui signifie que la vitesse des gaz 'J peut &tre modifiée entre ;3 et 10 nm /m''s sans Qu'il en résulte une augmentation considérable de la dépense par année.
L'invention concerne dons une chaudière de chauffage du genre précité comportant une trémie à combustible et un système de carnaux, ainsi au' un ventilateur disposé entre le système de carnaux et la sortie des produits de combustion, en l'espèce la cheminée. Suivant la présente invention, le système des carnaux est construit sous la forme d'une surfa- ce de convexion présentant un coefficient élevé de transmis- sion de la chaleur, ce qui est obtenu par une vitesse des gaz
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comprise entre 3 et ICI n1."rJ.3/l"[/'S. Ceci est obtenu per une adaptation appropriée de la capacité du ventilateur par rop- port à la surface de chauffage de la chaudière.
L'invention
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concerne plus particulièrement une chaudière de chauffage dans laquelle la vitesse des gaz dans le système des caranauxz est de 6 nm /m s: ou se maintient dans les environs de cette valeur. Dans le cas d'installations importantes, fournissant par exemple un ..million d'uni tés thermiques par heure pour des immeubles de grandes dimensions ou des applications simi- laires, la surface de chauffage par convexion peut êrew ré- duite à la moitié avec une bonne économie.
Il est évident qu'on réalise de cette manière une économie considérable d'espace et de dépenses, e plus, et grâce à la présente in- vention, il devient possible de dépasser la limite supérieure pour la production de chaleur dans une seule unité de chaudic re, qui a été pratiquement fixée jusqu'ici pour la possibili- té de son installation dans un bloc de maisons, psr exemple.
Par rapport aux appareils de chauffage connus jusqu'à présent; dans lesquels la quantité des gaz est augmentée par une aug- mentation de la vitesse, les chambres à eau des conduits de la chaudière suivant l'invention sont construites sous la forme de parois planes.
Pour la chaudière de chauffage suivant l'invention, on peut imaginer d'autres modifications par rapport aux chau- dières connues, tout en' faisant usage de principes connus, notammen pour la construction de chaudières de grandes di- mensions. 11 y a cependant lieu de noter qu'un dispositif spécial est prévu lorsqu'une chambre de combustion secondaire est agencée entre la trémie à combustible et le système des cafaxu,
Les figures 2 à 4 du dessin annexé montrent une chau dière de chauffage construites suivant les données de l'in- vention.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la chaudière de chauffage.
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La figure 3 est une vue en coupe horizontale de la chaudière.
La figure 4 est une vue en bout sur l'arrière de la chaudière.
La chaudière représentée comporte une trémie à com- bustible 4 se présentait sous la forme d'un puits qui est inséré dans la chaudière par le haut. La trémie est fermée par un couvercle amovible 14 dont la constitution sera décri- te ci-après. Le couvercle 14 s'applique hermétiquement par une rainure 13 sur le bord supérieur 9 de la trime A l'ai- de d'un mécanisme à leviers 12, 21 il peut être soulevé vers uhe position dans laquelle il repose sur deux paires de roues 11, 22, à l'aide de mécanismes appropriés. L'agencement est tel que le couvercle soulevé puisse tre déplacé vers un coté sur des rails constitués par des fers en 2, indiqués en 10, 23 sur le dessus de la chaudière.
L'ouverture de la trémie es.t ainsi largement dégagée pour permettre l'introduc- tion de grands morceaux de combustible tel que le bois. Le couvercle 14 présente lui-même une ouverture 15 fermée par un autre couvercle plus petit 16,fermé à l'aide d'un verrou à baïonnette et destiné à l'introduction de combustibles en morceaux plus petits tels que le charbon. L'ensemble des couvercles est garni de plaques de protection 18, 24 sur la face intérieure. Au-dessus de ces plaques est prévue une garniture isolante en laine de verre, en amiante ou matière similaire.
Les parois verticales de la trémie sont construites sous la forme de chambres à eau planes et plates 5, 26, 31, 85 les chambres à eau 85 des deux parois longitudinales de la chaudière s'élargissent vers le haut pour former des chambres longitudinales 6 au-dessous de la partie supérieure de la chaudière. Le conduit de retour de l'eau débouche dans une
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de ces chambres par une tubulure 7. La chambre à eau 5, oré-. vue à l'avant de la chaudière, est reliée par une tubulure 8 à la tuyauterie d'eau chaude partant de la chaudière. Dans la paroi antérieure de la chaudière sont prévues deux paires de portes 2,3 pour le foyer.
Une paire 3 est disposée au- dessus et l'autre paire 2 au-dessous de la grille amovible 1 dans. la partie inférieure du puits. La grille 1 est consti- tuée par des tubes fixés entre les chambres à eau antérieure et postérieure 5 et en du foyer. On fait circuler de l'eau dans les tubes 1 de la grille pour les refroidir. Dans la paroi postérieure 27, 31 du foyer est pratiquée une ouverture 30 à travers laquelle les produits de combustion passent dans d'autres parties de la chaudière. En un certain point de la trémie est prévue une hotte 27 descendant obliquement d'un point relativement élevé de la paroi postérieure du foyer et s'arrêtant à une hauteur appropriée au-dessus, de la grille 1, par exemple un peu au-dessus du niveau du bord su- périeur de l'ouverture 30.
Ladite hotte 27 est formée par une paroi remplie d'eau communiquant avec les autres chambres à eau de la chaudière par des conduits 25, 28. Le but de la hotte 27 est d'augmenter la séparation en 29 pour l'ouverture 30 de sortie des gaz dans la paroi inférieure de la trémie, à l'endroit où sortent les produits de combustion. Il en ré- sulte que la résistance de l'ouverture 30 à l'échappement des gaz de la trémie est réduite par suite de la vitesse plus faible dans l'espace de séparation 22.
Ceci est avanta- geux lorsqu'on utilise un combustible à petits grains., tel que le charbon, le coke'.;,. la sciure de bois, etc...La chau- dière devient légalement moins sensible à l'accumulation des cendres et du mâchefer à l'endroit de l'orifice de sortie 30.
On sait que cette accumulation peut entraîner une résistance considérable.
Les produits de combustion sortant par l'ouverture 30 @
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sont introduits dans une chambre de combustion secondaire 41, tout en étant mélangés avec de l'air secondaire entrant par une ouverture 32, Cette ouverture 32 est munie d'un régu- lateur 33 permettant de régler la quantité de l'air secon- daire introduit. La chambre de combustion secondaire 41 peut contenir un thermostat 42 oui détermine l'ouverture du régulateur ou registre 33. Cette chambre de combustion secondaire 41 est interposée entre la chambre à eau verticale postérieure 26 de la trémie et une autre chambre à eau 40, également verticale. Ces chambres à eu communiquent avec le chambres longitudinales 85 de la chaudière.
La partie 31 de la paroi postérieure de la trémie., qui se trouve au-desson de l'orifice de sortie 30, est remplie d'eau et incurvée d'abord en arrière et ensuite vers le haut pour diriger les gaz de combustion dans la chambre de combustion secondaire 41- Cette partie 31 de la paroi forme avec la chambre à eau verti cale 46' les surfaces limitant l'orifice d'entrée d'air secon- daire.
Les gaz de combustion sont obligés- de circuler de bas en haut dans la chambre de combustion secondaire 41, par un conduit sensiblement en S, indiqué en 37 et formé par des écrans horizontaux 36 et 38 s'étendant vers l'intérieur de la chambre de combustion secondaire 41 en partant respecti- vement des parois 26 et 40. Les écrans 36 et 38 sont égale- ment remplis d'eau, et destinés à mélanger les gaz de combus- tion avec l'air secondaire entrant dans la chaudière. On a trouvé qu'il était très difficile de mélanger les gaz de combustion avec l'air secondaire.
L'entrée d'air secondaire débouche' dans la partie inférieure du conduit mélangeur 37 à travers un certain nombre de fentes obliques 34. paral- lèles à la direction longitudinale de la chaudière, pour divi- ser l'air secondaire en un certain nombre de filets parallè- les. De cette manière les courants de gaz de combustion et
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d'air secondaire sont obligés à se mélanger efficacement l'un avec l'autre, et le mélange est complété aux points de changement de direction qui suivent immédiatement de-la ma- nière précédemment décrite.
Grâce à ces changements de direc- tion, on obtient un violent mouvement de turbulence du mélan- ge gazeux, ce qui permet d'obtenir une combustion complète avec un minimum d'air additionnel.
Il peut être souhaitable de prolonger vers le haut les bords des fentes 34, pour former des éléments directeurs de l'air secondaire, de telle manière que ces éléments s'ar- rêtent à peu près au niveau du bord inférieur de l'écran ho- rizontal inférieur 36. Il en résulte encore une division des gaz de combustion en courants partiels, qui facilite le mélange efficace avec l'air secondaire.
La température dans la chambre de combustion secon- daire 41 varie avec la charge et l'excédent d'air, de telle manière que la température soit d'autant plus élevée que la charge est plus importante. D'autre part, la température à l'intérieru de la chambre de combustion secondaire est d'autant plus filble, pour une même- charge que la Quantité d'air supplémentaire est plus grande.
La quantité d'air se- condaire nécessaire pour les charges élevées est plus impor- tante que pour-les faibles charges, et elle est plus faible pour un grand excédent d'air que pour un excédent plus réduit- Si on place dans la chambre de combustion secondaire 41 un corps sensible 42, dont la longueur varie en fonction de la température, ce corps peut servir à augmenter ou à réduire automatiquement l'ouverture de passage de l'air secondaire à l'aide d'un registre 33, suivant que la température de la chambre de combustion secondaire s'abaisse ou s'élève. par exemple, lorsque la zone de feu présente des cavernes, on obtient un excédent considérable d'air primaire et une faible température dasn la chambre de combustion, en même
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temps. qu'une diminution de l'air secondaire.
S'il se pro- duit un glissement dans la zone de feu, il en résulte une augmentation brusque de l'intensité de combustion, avec une demande importante d'air secondaire. La température de le chambre de combustion secondaire s'élève, tandis que l'arri- vée d'air secondaire augmente en même temps.
En sortant de la chambre de combustion secondaire 41 les gaz de combustion entrent dans la zone de convexion de la chaudière de chauffage.Cette zone est formée par un certain nombre de cloisons planes, de forme plate, placées verticalement 40,49,80, 56 et 77, qui descendent alternative- ment du dessus de la chaudière et s'élèvent du fond. Il en résulte que les gaz de combustion circulant dans des con- duits verticaux formés par ces cloisons 84, Si, 74, 76, sont obligés de suivre un trajet en zig-zag avant de quitter la chaudière par la tubulure de sortie 73. Les gaz de combustion entrent dans la zone de convexion par une ouverture 44 prati- quée dans le dessus de la partie postérieure de la chambre de combustion secondaire.
A cet effet la paroi postérieure 40, remplie d'eau, ne s'étend pas entièrement jusqu'à la paroi supérieure de la chaudière. Les faces des cloisons 40, 49,m 80, 56 et 77, en regard les unes des autres, sont munies de brides verticales 62, qui sont également placées en regard les unes des autres par paires et se touchent presque. Ces brides divisent le courant gazeux en filets partiels paral- lèles.
Un détail important, permettant d'obtenir des vitesses économiques élevées des gaz; consiste en ce que les conduits 84, Si, 74, 76 de lu chaudière se présentent sous la forme de diffuseurs 82, 63, 76, 61 à l'endroit de chaque changement de direction, c'est-à-dire aux points où les gaz descendent remontent, et inversement, de sorte que la vitesse des gaz est
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réduite avant le changement de direction. VEci est obtenu par le fait Que des extrémités 83, 53, 78, 61 des cloisons 40, 49, SC, 56, 77 sont conformées en biseau à l'endroit des coudes 82, 52, 790, 60 du système de circulation des gaz.
Il en résulte Que les conduits présentent en ces points une section progressivement croissante. Les pertes de pression sont ainsi réduites à une-valeur admissible dans les coudes 82, 52, 7.ce 60. Sans cet agencement, la somme des chutes des pressions dans les coudes seraient prédominantes, ce Qui n'est pas souhaitable, étant donné que seules les chutes de pression dues au frottement le long de la surface de chauffa- ge contribue efficacement à améliorer la transmission de la chaleur.
Les cloisons 40, 49, 80, 56, 77 communiquent avec les chambres à eau longitudinales 85 de la chaudière de chauffage, entre une bride horizontale de la paroi 26 et de la cloison 9 est prévue une ouverture 49 qui est fermée par un couvercle amovible 46. Les couvercles 50 et 57 ferment également des ouvertures 51 et 57 pratiquées dans le dessus de la chaudière 30 entre les cloisons 49 et 56, et entre les cloisons 56 et 77. De ces couvercles , les premiers 46 et 50 sont munis sur la face inférieure d'une plaque de protec- tion 48 et 55, et comportent une garniture 6' isolement 47 et 5 par exemple en laine de verre, tandis que le dernier couvercle 57 est d'une construction plus simple et ne comport' aucun isolement, étant donné le refroidissement des gaz de combustion.
Sur le dessus de la chambre de combustion se- condaire et de la chambre de convexion, une plateforme amo- vible 45 est placée sur des supports appropries en .fer pro- filé. On suppose au'une certaine quantité d'air secondaire entre par l'orifice 59 ménagé par la plateforme 45 à l'extré- mité positéro-supériuer du système de convexion, que cet air
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circule le long de l'espace au-dessous de la plateforme et pénètre dans des conduits verticaux 39 sur les cotés de la @ chambre de combustion secondaire 41 pour entrer finalement,
convenablement chaufféedans la chambre de combustion secondai- re 41 à travers l'orifice 432 formant l'entrée de l'air secon- diare.
Les gaz de combustion sont évacués à l'extrémité su- périeure du dernier conduit 62. de la chaudière, pour pénétrer ensuite dans un conduit d'évacuation verticale 62 communi- quant avec un ventilateur 68 par une tubulure centrale 66, et ensuite avec la cheminée par un carneau à fumée 73 prévu au Condé La ventilateur 68 communique à son tour avec le car- neau à fumée 73. Le conduit d'évacuation 62 contient deux papillons dont l'un, 64, est prévu en avant de la tubulure 68 et l'autre, 75, à l'arrière de cette tubulure. Le premier
64 papillon/est maintenu suffisamment ouvert pour régler l'éva- cuation des gaz de combustion.
Le papillon 75, par contre, est maintenu fermé pour empêcher la circulation en circuit fermé du volume gazeux, sous le papillon supérieur 64, et à travers le ventilateur 68. Le carter du ventilateur 67 est muni d'un support 69 pour le moteur 70. Celui-ci entraîne l'arbre 72 durotor à l'aide d'une courroie 71.
Les côtés longitudinaux et la face postérieure de la chaudière de chauffage sont recouverts d'une couche de ma- tière isolante 65.
En ce qui concerne l'agencement de la surface de chauffage et celui du ventilateur, la chaudière de chauffage est construite de façon à assurer dans le système à convexion la vitesse avantageuse des gaz précédemment indiqués et com- prise entre .3 à 10 nm m2s et plus particulièrement au niveau de 6 nm3j2s, ou à une valeur voisine.
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1.- Chaudière de chauffage comportant une trémie à combustible et un système de conduits partant de cette trémie, et dans lequel des cloisons remplies d'eau communiquant avec les chambres à eau de la chaudière conduisent les gaz de combustion en zig-zag avant leur évacuation vers la cheminée, chaudière dans laquelle un ventilateur est agencé entre le système des conduits et la cheminée, et caractérisée en ce que le système des conduits est agencé pour former une zone de convexion à coefficient élevé de transmission de la chaleur parmaintien de la'vitesse de circulation des gaz de combustion dans les limites de 3 à 10 nm les,
par une adaptation appro- priée de la capacité du ventilateur par rapport à la surface de chauffe de la chaudière. vitesse des ga de combustion dans le système des conduits est maintenue à 6 nm3/m2s ou à proximité de cette valeur.
8.- Une chambre de combustion secondaire est agencée entre la trémie à combustible et le système aes conduits.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.