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"GENERATEUR DE VAPEUR"
Il a été remarqué que les mélanges combustibles brûlent (avec déflagration) en vase clos plus rapidement et à des températures plus élevées, avec augmentation de pression simultanée, que dans des espaces libres, à la pression atmos- phérique. Alors que, par exemple, pour les chambres de combus- tion à l'air libre des foyers de chaudières à vapeur, il est in dispensable d'avoir de vastes espaces afin de donner au mélan- ge le temps nécessaire à une combustion complète et d'ernpê- cher la perte des parcelles non brûlées, les combustibles tels que les gaz, l'huile, le charbon pulvérisé et autres Matières similaires finernent divisées détonent dans des cham- bres de combustion closes en une fraction de seconde.
Le cube des chambres de combustion est déterminé, non plus en
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fonction de la durée de la combustion, mais uniquement en fonction de la, quantité de mélange combustible que l'en doit pouvoir amener pour chaque processus de déflagration.
La présente invention a pour objet un généra- teur de vapeur dans lequel ce phénomène est utilisé en soumettant des combustibles tels que du gaz, de J'huile, du charbon pulvérisé, etc .. , à une combustion instantané(,, en déflagration en vase clos, et an utilisant la chaleur ainsidégagée à la production de vapeur.
Il est connu également que le coefficient de trans- mission de chaleur d'un fluide dépend étroitement de la densité de ce fluide et de sa vitesse d'écoulement.
L'élévation de la pression,résultant de la défloration en vase clos peut s'utiliser à son tour à conférer aux produits de la combustion à la sortie de la chambre de combustion une vitesse d'écoulement éJ evée de sorte qu'il suffit de surfaces d'échange de chaleur relativement faibles pour transmettre à l'eau à vaporiser la chaleur liburés par la combustion.
L'invention a dès lors en outre pour objet un générateur de vapeur dans lequel un combustible est brûlé avec augmentation de pression dans une chambre de combustion, l'élévation de pression réalisée étant utilisée en majeure partie pour obtenir une forte vitesse d'écoulement des pro- duits de la. combustion, dans le but d'augmenter le t@@@smis- sion de chaleur aux surfaces de chauffe.
La Fig. 1 du dessin annexé mentre un exemple d'exécution de ce générateur de vapeur. Au lieu d'une cham- bre de combustion à air libre cornue les chaudières à vapeur ordinaires, le générateur objet de l'invention comporte un récipient clos 1 auquel on amène, au moyen d'un tube 2, une charge, d'un mélange de combustible et (l'air. Une fois la chambre de combustion chargée, le mélange est allumé au moyen @
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d'un dispositif l'allumage 3 qui peut être électrique, par exemple. Le mélange détone ainsi. avec augmentation de pression simultanée, ce qui provoque la fermeture du clapet de retenue automatique 4.
L'élévation de température et de pres- sion résultant de la déflagration de la charge imprime alors aux produits de combustion une très grande vitesse et les chas- se à travers les tuyères 5, constituées par un certain nombre de tu'oes étroits, où les gaz en s'échappant abandonnent aux parois des dites tuyères la totalité de leur chaleur interne et leur énergie cinétique, cette dernière sous forme de cha- leur de frottement.
Aussitôt l'échappement terminé , est-à- dire dès que la pression dans la chambra de combustion est tombée au-dessous de la pression de charge du mélange frais, le clapet.de retenue s'ouvre pour livrer passage à du mélan- ge frais qui, en chassant les gaz restants de la combustion, vient remplir nouveau la chambre. La charge une fois ter- minée, il se produit un nouvel allumage et le cycle recom- wence. Par suite de la section relativement faible des tuyè- res et de la résistance à l'écoulement qui en résulte, une certaine pression de charge peut être maintenue même sa,
ns qu'il soit nécessaire d'avoir une soupape d'échappement.
La chaleur codée aux parois de la chambre de comoustion et des tuyères doit être évacuée au fur et à mesure par ]'eau à vaporiser. Dans ce but l'eau à vapo- riser doit passer à une grande vitesse le long des surfa- ces de ces organes. A cet effet, des corps cylindriques 6 et 7 entourent la chambre do combustion et les tuyères de telle façon que l'eau se trouve réduite en une couche de faible épaisseur et amenée étroitement en contact avec les surfaces à refroidir.
La circulation de l'eau est déterminée dans l'exemple décrit par la différence de densité entre l'eau de la partie droite du générateur, qui estchargée de bulles
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de vapeur, et l'eau plus froide de la partie jg ?,1<ihr= qui n'en contient pas.
La colonne de retour 8 sert ici en même tomps à recevoir l'eau froide d'alimentation, dont l'introduction
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s'effectue en 9 . La vapeur produite se sépare ,.j],"13 l corps du chaudière supérieur 10 , q,.i est pourvu COL1;,1C d'habitude d'un indicateur de niveau d'eau 11, d'une soupape de aûreté 12 et d'un dôme de vapeur 13. La vapeur produite par le gé-
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narrateur eat prise par la tubu]ure 14, tandis q,2f, les gaz brûlés s'échappent à l'air libre -par le cône en tôle 15.
La Fig. 2 montre une variante du générateur de vapeur suivant l'invention,dans laquelle le mélange de combustible et d'air est admis à une pression do charge plus élevée. 1 désigne de nouveau la chambre de combustion, 2 le tuyau d'amenée du mélange combustible, 3 le dispositif d'al-
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l:>:>1#,ie , et 4 un clapet de retenue. Le raéJo>'1l}" de n,oa^ ti'ole et d'air ou bien, lorsqu'il ent fait usage dp charbon pulvé- risé ou d'huile comme C01;b13 i.ble, ] 'air 001,;:)J,t,1.110 81;:11, e:dj porté 1: une certaine pression au C:l0YC'1 d'un coM'3r'"-s3eur ]6.
La commande de ce compresseur e,3t assurée par ,a 1> turbine a Gaz 17 actionnée par les gaz ae Co .1ÎJII,tiOl1, le.;aacls sont encore animés d'une grande vitesse d'écoulement. Dr1'1., ce bUJ0, les tubes 5 utilisés comme organes de chauffage débouchent dans an appareil directeur 18 qui imprime aux gaz la direc- tion nécessaire pour agir sur l'aubade de la roue. Les gaz
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perdus s'échappent ensuite à l's, t iosphère par la cheminée 15.
En aménageant encore des surfaces de chauffe à ]'aval de la
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turbine à jgaz , le e travail absorbé par cette turbine peut ?tre récupéré presque intégralement et utiJ i.3Ô 13, la production de vapeur, vu que seules les pertes extérieures, telles que le frottement des paliers, le refroidisse est et les fuites sont inutilisées, tandis que tout le travail de compression est con-
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serve au cycle thermique sous la forme de chaleur.
La turbine à gaz peut fonctionner côtoie turpine @ explosions, les gaz venant frapper la roue par à-coups répétés c'est-à-dire avec une chute de pression et une chute thermique variable, mais elle pourra aasai fonctionner comme turbine à action si les gaz sont accumulés à pression constante en amont de l'appareil directeur, pour entrer ensuite dans la roue avec une chute de pression constante. L'air qui a été comprimé par le compres- seur 16 est amené par le tuyau 2 à la soupape de retenue 4.
Le principe du fonctionnement est identique à celui de l'e- xemple précédent. Pour activer la circulation de l'eau , l'exemple d'exécution décrit comporte une pompe' de circulation 19 actionnée par une source d'énergie quelconque, telle qu'un moteur électrique, une turbine à vapeur, ou même par la tur- bine à gaz elle-môme.
L'eau froide est également chassée au travers de cylindres de guidage 6 et 7 le long de la chambre de combustion et.les tuyères, pour réaliser 'une communication simple entre la chambre de combustion et l'appareil directeur de la turbine à gaz, lo@ tuyères sont reportées entre deux corps cylindriques 7 et 20, L'eau chauffée à haute tempéra- bure et chargée de bulles de vapeur pénètre par le tube 21 dans la chaudière proprement .lite qui est comme précédemment pourvue, de la manière usuelle,
d'un indicateur de niveau d'eau 11 , d'une soupape de sûreté 12 , d'un dôme à vapeur 13 et d'un tuyau ::le .4 rise de vapeur 14.
Pour les pressions de charge très élevées, il sera bon de munir aussi la chambre de combustion d'une valve d'échappement 22 qui restera fermée pendant la. charge, mais qui s'ouvrira immédiatement après la déflagration du mélange.
(Jette valve, .le même que la soupape d'admission et le dispo- sitif d'allumage, peuvent être actionnées au moyen d'une com- mande mécanique, belle qu'un arbre à cames commandé par un moteur spécial, ou bien par de l'huile sous pression, la @
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pompe à huile et le système do disbribution iJtili1t alors :1.C- tionnés par un moteur. La commande '11éü.i,nh.lue d'38 soupapes oùt de l'allumage permet en même bemps UT. réglage efficace du générateur de vapeur, en donnant le Moyen d'agir par la vi- te:j.3e de l'arbre à cames sur le nombre ir's oycir-s, c'ost-a- dire le nombre des déflagrations.
Il sera avantagea .l ' :>± i l 1 - ser, non pas une chambre à combustion unique, :.x;1 plusieurs de ces chambres, dont le tour de fonctionnement j:;,tlf3 le te,1pS sera facile à régler si l'on emploie des soupapes commandées.
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La coioe.ùande des soupapes peub aussi s'utiliser à assurer en Ulême temps un réglage du compresseur, par exeuiple par l' 1i1^ termédiaire d'un papillon ou de diffuseurs réglables, ainsi que le réglage de la quantité d'eau d'alimentation, de telle
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sorte que le générateur de vapeur j!o.13313 suivre 1rl-"3ta!1tané- ment les variations de la -consommation de vapeur,
pour @ette
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raison, il est d'ailleurs possible de .,..Ôdli.le ;1 in minimum le volume de la chambre d'eau du générateur de vapeur.
A la vaporisation directe on pourrait aussi sabs-
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ti.tuer la vaporisation indirecte, en l-ljiJ i.8al1t pour l'évacuation de la ca7ear .an véhicule de chnJ 0:11', te} qu'un liquide a point d'ébullition :J 1 <1 v qui 'r.5t",'ncÈJ,le pe3 C),1.1n- rie à l'évaporâleur proprement dit.
Une partie des surfaces d'échange thermique (parola de la chambre de combustion et dc:.} -t,..1.yèF3P), ':?f'at, bien Gl1teI1du, être utilisée :i.a,:p3L a la surchauffe ,;1<' le, va- peur.
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"STEAM GENERATOR"
It has been observed that fuel mixtures burn (with deflagration) in a closed vessel more rapidly and at higher temperatures, with simultaneous pressure increase, than in open spaces, at atmospheric pressure. While, for example, for the open-air combustion chambers of steam boiler fireplaces, it is essential to have large spaces in order to give the mixture the time necessary for complete combustion and To prevent the loss of unburned parcels, fuels such as gas, oil, pulverized coal and the like finely divided materials detonate in closed combustion chambers in a fraction of a second.
The cube of the combustion chambers is determined, no longer by
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depending on the duration of the combustion, but only as a function of the quantity of combustible mixture which the en must be able to supply for each deflagration process.
The object of the present invention is a steam generator in which this phenomenon is utilized by subjecting fuels such as gas, oil, pulverized coal, etc., to instantaneous combustion. closed vessel, and using the heat released to produce steam.
It is also known that the heat transmission coefficient of a fluid depends closely on the density of this fluid and on its flow rate.
The rise in pressure resulting from defloration in a closed vessel can in turn be used to give the products of combustion at the outlet of the combustion chamber a high flow rate so that it is sufficient to Relatively small heat exchange surfaces to transmit to the water to vaporize the heat released by combustion.
A further subject of the invention is therefore a steam generator in which a fuel is burned with an increase in pressure in a combustion chamber, the pressure rise achieved being used for the most part to obtain a high flow speed of the gases. products of the. combustion, with the aim of increasing the heat transfer to the heating surfaces.
Fig. 1 of the attached drawing mentre an example of execution of this steam generator. Instead of an open-air combustion chamber like ordinary steam boilers, the generator object of the invention comprises a closed container 1 to which is brought, by means of a tube 2, a charge, a mixture of fuel and (air. Once the combustion chamber is loaded, the mixture is ignited by means of @
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of an ignition device 3 which may be electric, for example. The mixture thus detonates. with simultaneous increase in pressure, which causes the automatic check valve to close 4.
The rise in temperature and pressure resulting from the deflagration of the charge then imparts a very high speed to the combustion products and expels them through the nozzles 5, formed by a certain number of narrow tubes, where the escaping gases give up to the walls of said nozzles all of their internal heat and their kinetic energy, the latter in the form of friction heat.
As soon as the exhaust is finished, that is to say as soon as the pressure in the combustion chamber has fallen below the charge pressure of the fresh mixture, the check valve opens to allow passage of the mixture. fresh which, by expelling the remaining combustion gases, fills the chamber again. When the charge is finished, a new ignition occurs and the cycle starts again. Due to the relatively small cross-section of the nozzles and the resulting resistance to flow, a certain charge pressure can be maintained even at,
ns that it is necessary to have an exhaust valve.
The heat encoded in the walls of the comoustion chamber and the nozzles must be evacuated as and when the water to be vaporized. To this end, the water to be vaporized must pass at high speed along the surfaces of these components. To this end, cylindrical bodies 6 and 7 surround the combustion chamber and the nozzles in such a way that the water is reduced to a thin layer and brought into close contact with the surfaces to be cooled.
The water circulation is determined in the example described by the density difference between the water on the right side of the generator, which is charged with bubbles.
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of steam, and the colder water from the jg? part, 1 <ihr = which does not contain any.
The return column 8 is used here at the same time to receive the cold feed water, the introduction of which
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is carried out in 9. The produced steam separates, .j], "13 l upper boiler body 10, q, .i is provided COL1;, 1C usually with a water level indicator 11, a safety valve 12 and a steam dome 13. The steam produced by the generator
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narrator is taken by the tubu] ure 14, while q, 2f, the burnt gases escape to the open air - through the sheet cone 15.
Fig. 2 shows a variant of the steam generator according to the invention, in which the mixture of fuel and air is admitted at a higher charge pressure. 1 again designates the combustion chamber, 2 the fuel mixture feed pipe, 3 the fuel
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l:>:> 1 #, ie, and 4 a check valve. The reJo> '1l} "of n, oa ^ ti'ole and air or, when it makes use of pulverized charcoal or oil such as C01; b13 i.ble,]' air 001, ; :) J, t, 1.110 81;: 11, e: dj carried 1: a certain pressure at C: l0YC'1 of a coM'3r '"- s3eur] 6.
The control of this compressor e, 3t ensured by, a 1> Gas turbine 17 actuated by gases ae Co .1ÎJII, tiOl1, le.; Aacls are still driven by a high flow speed. Dr1'1., This bUJ0, the tubes 5 used as heating members open into a directing apparatus 18 which gives the gases the direction necessary to act on the abutment of the wheel. Gas
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lost then escape to the s, t iosphere through chimney 15.
By further arranging heating surfaces downstream of the
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gas turbine, the work absorbed by this turbine can be recovered almost entirely and use the steam production, since only the external losses, such as the friction of the bearings, the cooling is and the leaks are unused, while all the compression work is con-
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serves the thermal cycle in the form of heat.
The gas turbine can operate alongside turpine @ explosions, the gases hitting the wheel in repeated jolts, that is to say with a pressure drop and a variable thermal drop, but it can also operate as an action turbine if the gases are accumulated at constant pressure upstream of the steering apparatus, to then enter the impeller with a constant pressure drop. The air which has been compressed by the compressor 16 is supplied through the pipe 2 to the check valve 4.
The principle of operation is identical to that of the previous example. To activate the circulation of the water, the example of execution described comprises a circulation pump 19 actuated by any source of energy, such as an electric motor, a steam turbine, or even by the turbine. gas bine itself.
The cold water is also expelled through guide cylinders 6 and 7 along the combustion chamber and the nozzles, to achieve simple communication between the combustion chamber and the steering apparatus of the gas turbine, lo @ nozzles are transferred between two cylindrical bodies 7 and 20, the water heated to high temperature and charged with steam bubbles enters through the tube 21 into the proper boiler which is as previously provided in the usual manner,
a water level indicator 11, a safety valve 12, a steam dome 13 and a pipe: the .4 steam rise 14.
For very high load pressures, it will be good to also provide the combustion chamber with an exhaust valve 22 which will remain closed during the. charge, but which will open immediately after the mixture deflagration.
(Jette valve, the same as the inlet valve and the ignition device, can be actuated by means of a mechanical control, like a camshaft controlled by a special engine, or else by pressurized oil, the @
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The oil pump and the distribution system are then used: 1. Powered by an engine. The command '11 éü.i, nh.lue of 38 valves or ignition allows at the same time UT. effective adjustment of the steam generator, giving the Means of acting by the speed: j.3e of the camshaft on the number ir's oycir-s, that is to say the number of deflagrations.
It will be advantageous .l ':> ± il 1 - ser, not a single combustion chamber,: .x; 1 several of these chambers, whose operating turn j:;, tlf3 the te, 1pS will be easy to adjust if controlled valves are used.
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The control of the valves can also be used to ensure at the same time an adjustment of the compressor, for example by means of a butterfly or adjustable diffusers, as well as the adjustment of the quantity of water of the compressor. food, such
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so that the steam generator j! o.13313 follow 1rl- "3ta! 1tan- ment the variations of the -consumption of steam,
for @ette
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For this reason, it is also possible to., .. Ôdli.le; 1 in minimum the volume of the water chamber of the steam generator.
With direct vaporization we could also sabs-
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ti.tuer the indirect vaporization, in l-ljiJ i.8al1t for the evacuation of the ca7ear .an vehicle of chnJ 0:11 ', te} that a liquid has a boiling point: J 1 <1 v which' r.5t ", 'ncÈJ, the pe3 C), 1.1n- rie to the evaporator itself.
Part of the heat exchange surfaces (parola of the combustion chamber and dc :.} -t, .. 1.yèF3P), ':? F'at, well Gl1teI1du, to be used: ia,: p3L has overheating ,; 1 <'le, steam.