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BREVET D'INVENTION " PROCEDE DE COMBUSTION , APPAREIL DE CHAUFFAGE PROPRE
A SA MISE EN PRATIQUE ET CHAUDIERE A LAQUELLE CE PROCEDE ET CET APPAREIL SONT APPLICABLES "
La présente invention concerne un appareil per- fectionné, tant au point de vue de la construction qu'à celui du fonctionnement , principalement destiné à être employé en connexité avec des systèmes de chauffage ,mais également capable d'être utilisé avantageusement en asso- ciation avec des systèmes de production deforce motrice.
Un des objets de l'invention est d'offrir un appareil de ce genre qui réalise un brûleur et un procédé de combustion et qui, de plus, englobe une construction de chaudière idéalement propre à être utilisée en connexité avec un tel appareil, ces mécanismes s'e combinant pour donner un ensemble au moyen duquel on peut convertir faci- lement et efficacement du combustible en vapeur d'eau., vapeurs ou autre fluide chauffé.
L'invention offre, pour des systèmes de ohauffage,
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un ensemble , combiné, de chaudière et de brûleur de cons- truction et de disposition telles qu'il assure une com- bustion rapide et efficace du combustible et un transfert efficace de chaleur au milieu à chauffer.
Dans cet ensemble de chaudière et de brûleur , de construction simple , on obtiendra une combustion com- plète du combustible sans production de suie, la combustion s'effectuera tranquillement et sensiblement toute la puis- sance calorifique du combustible sera utilisée , ce qui assure un rendement total élevé de l'ensemble , comparé aux systèmes de chauffage employés précédemment.
L'invention offre un appareil efficace dans lequel les déperditions de chaleur sont réduites au minimum et qui fonctionne d'une façon sensiblement tout à fait automatique et n'exige qu'un minimum d'attention.
Sur les dessins ci-joints , qui représentent des réalisations convenables de l'invention :
Fig. 1 est une vue en perspective de l'appareil de chauffage ,avec arrachements et parties en coupe pour montrer la disposition générale des diverses parties ; Fig. 2 représente ,schématiquement, les circuits de contrôle et les dispositifs de contrôle associés avec l'appareil pour en assurer le contrôle automatique ;
Fig. 3 est une coupe d'un fragment d'une dispo- sition de pot d'échappement qui est de préférence associé avec le tuyau d'échappement de l'appareil
Fig. 4 est une coupe verticale longitudinale sen- siblement complète de l'appareil représenté sur la fig. 1 , montrant plus clairement sa construction et représentant également une tête d'admission d'une disposition légèrement
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différente de celle représentée sur la fig. 1 ;
Fig. 5 est une coupe suivant 5-5, fig. 4 , ropré sentant le caisson ou fond arrière en coupe et montrant le serpentin de chauffage pour eau chaude en position dedans ;
Fig. 6 est une coupe suivant 6-6,fig. 4 ;
Fig. 7 est une coupe à grande échelle d'un frag- ment de la tête d'admission employée dans l'appareil repré- senté sur la fig. 1 ;
.Fig. 8 est une élévation de face du brûleur , en
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Fig. 9 est une coupe suivant 9-9,fig. 7 ,repré- sentant les aubes à air courbes ;
Fig. 10 est une coupe verticale longitudinale de la chaudière proprement dite de l'appareil ,représentant la même disposition lorsqu'on en fait usage en connexité avec un système de chauffage à eau chaude ,le brûleur , le caisson arrière et le revêtement réfractaire étant enlevés ;
Fig. 11 est une coupe suivant 11-11,fig, 10, représentant également des parties qui peuvent y être incor- porées pour chauffer de l'eau pour des usages domestiques ;
Fig. 12 est une élévation d'un fragment de l'appa- reil , représentant un registre auxiliaire de réglage d'air ;
Fig. 12a est une coupe par le caisson arrière, représentant le passage à air auxiliaire ;
Fig. 13 est une vue de face , partie en coupe, d'une disposition de caisson arrière qui peut être associé avec la chaudière ;
Fig. 14 est une élévation latérale du caisson arrière représenté sur la fig. 13 ;
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Fig. 15 est une coupe , à grande échelle, d'un fragment de l'appareil , représentant la tête d'admission indiquée sur la fig. 4 ;
Fig. lô représente schématiquement une disposition de moteur électrique que l'on peut employer ;
Fig. 17 est un schéma d'une disposition de com- mande que l'on peut prévoir pour la valve d'alimentation en combustible ;
Fig. 18 est une élévation latérale d'un fragment de la monture du moteur électrique ;
Fig. 19 est une coupe transversale suivant 19-19 fig. 18 ;
Fig. 20 est une coupe transversale par une autre disposition de chaudière qui peut faire partie de l'appareil;
Fig. 21 est une coupe partielle d'un fragment d'une autre disposition encore de chaudière ;
Fig. 22 est une coupe suivant 22-22 , fig. 21 ;
Fig. 23 est une vue en bout,d'une portion de la partie inférieurede l'appareil et
Fig. 24 est une coupe , à grande échelle, d'une des montures représentées sur la fig. 23.
D'une façon générale, l'appareil qui sera décrit plus en détail ci-après comprend un dispositifde transfert de chaleur occupant de préférence une position horizontale, ayant des extrémités d'entrée et de sortie , un combustible fluide , des moyens producteurs de flamme associés avec l'extrémité d'entrée , un moyen d'aspiration , pour les produits de combustion ,associé avec l'extrémité de sortie et des moyens pour contrôler automatiquement le fonction- nement de l'appareil. Le dispositif de transfert de chaleur
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est d'une construction nouvelle et grandement perfectionnée qui assure une utilisation plus rapide et plus efficace de la chaleur engendrée et comprend une chambre de combustion qui, comme c'est représenté ,
est de préférence complètement entourée par.une chambre à eau et un certain nombre de tubes pour conduire à travers cette chambre à eau les produits de combustion chauds. Ces tubes et la chambre de combustion sont disposés de façon que l'eau qui se trouve dans cette chambre est soumise un certain nombre de fois à la chaleur et ils sont en outre disposés de façon que les produits de combustion les plus chauds passent à travers la chambre à eau près de la surface de celle-ci où se dégage de la vapeur d'eau, puis à travers la portion de la chambre à eau où l'eau est la plus froide, ce qui assure ainsi un grand transfert de chaleur tendant à une haute efficacité de fonctionnement . Les produits de combustion sont fina- lement aspirés ou s'échappent de l'appareil à une tempéra- ture de tuyau d'échappement relativement basse.
Le moyen producteur de flamme est également de construction nouvelle et perfectionnée , conçue de manière à coopérer avec le moyen aspirateur et à produire une chaleur intense lorsde la combustion ,ainsi qu'à assurer une combustion complète avec un minimum de bruit et avec une grande économie de combustible.
Le dispositif de transfert de chaleur, dans les dispositions représentées sur les figs. 1 , 4 , 8 et 10 , est supporté sur un bâti 100 et comprend un corps intérieur 10 , de préférence de section circulaire , qui offre la chambre de combustion A , et un corps extérieur 12 qui peut être espacé, concentriquement , du corps intérieur pour
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former une chambre à eau B qui entoure de préférence com- plètement la chambre de combustion A . Comme c'est repré- senté sur les figs. 4 et 10 ,l'espace situé entre ces deux corps et à l'extrémité de droite de ceux-ci , sur la fig. 10 , est clos par une plaque d'extrémité 15a située à quelque distance en dedans de leurs extrémités externes, cette extrémité étant l'extrémité d'entrée du dispositif de transfert de chaleur.
A l'extrémité opposée, ou de sortie ,le corps intérieur 1Q est partiellement découpé à sa partie supérieure pour offrir une sortie 14 aux pro- duits de combustion venant de la chambre A et, aux corps 10 et 12 , est assujettie une plaque extrême 15 , en arc de cercle , qui s'étend sur toute l'étendue périphérique de la partie découpée du corps 10, comme on le voit sur la fig. 6 . De plus, des plaques ou tôles de fermeture laté- rales 16 , disposées horizontalement , sont assujetties aux extrémités de la plaque 15 , au corps extérieur 12 et au corps intérieur 10 le long des bords longitudinaux , de la partie découpée de celui-ci.
L'espace en arc de cercle restant, entre les deux corps , est également clos par une plaque ou tôle en arc de cercle 15b située à quelque distance en dedans des extrémités arrière de ces corps et assujettie à ces derniers et , par ses extrémités , aux tôles latérales 16 . La chambre à eau B est ainsi délimi- tée par les corps 10 et 12 , les tôles latérales 16 et les plaques ou tôles extrêmes 15a, 15 et 15b.
Comme cela a été dit précédemment , les produits de combustion passent à travers la chambre à eau B au
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s'étendent entre les tôles extrêmes 15 et 15a et débouchent, à travers celles-ci , dans la sortie de gaz 14 et l'espace formant collecteur 17, respectivement, cet espace 17 étant celui compris entre la tôle extrême 15a et l'extré- mité d'entrée du dispositif.
Les tubes 13 de la série inférieure sont plus longs que ceux de la série supérieure et s'étendent entre les tôles d'extrémité 15a et 15b ,au- dessous des tôles latérales 16 , pour déboucher dans l'es- pace formant collecteur 17 et l'espace d'échappement en arc de cercle 17a ,.respectivement, cet espace 17a étant celui situé entre la tôle d'extrémité 15b et l'extrémité de sortie de l'appareil. Une autre tôle d'extrémité ,15c, est également prévue pour fermer l'extrémité arrière de l'appareil et est assujettie , par ses bords inférieurs, à la partie extrême du corps 10 qui n'est pas découpée et, par ses bords supérieurs, aux extrémités des tôles latérales 16 et à cette partie du corps extérieur 12 qui se trouve au-dessus de ces dernière tôles.
L'espace 17 , formant collecteur , est fermé par une plaque ou tôle annulaire 15d , comme c'est représenté sur la fig. 10.
Cette disposition assure ainsi le passage des produits de combustion sur toute la longueur de la chambre de combus- tion A , puis à travers la série de tubes supérieurs 13 par où ils passent au collecteur 17 d'où ils reviennent , par la série de tubes inférieurs 13a,à la sortie d'échap- pement en arc de cercle 17a, ce qui soumet ainsi la chambre à eau B à trois trajets différents des produits de combustion chauds.
Pour assurer une ample provision d'eau d'alimen- tation ,il est préférable de renfermer le corps 12 dans
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une chemise extérieure calorifugée , sensiblement plus grande , 18 qui, si on le désire et comme elest repré- senté sur les figs. 6 et 11 , peut ne pas être circulaire et être espacée davantage du corps 12 à l'endroit adjacent à sa partie supérieure.
Des tôles d'extrémité 15e sont prévues aux extré- mités de la chemise 18 pour fermer l'espace existant entre elle et le corps 12 et ces tôles sont de préférence sou- dées à la chemise 18 et au corps 12 . Les tôles d'extrémité 15 , 15a, 15b, 15c et 15d et les tôles latérales 16 sont également, de préférence , soudées aux corps auxquels elles sont assujetties. Toutefois, l'espacement entre la chemise 18 et le dessous du corps 12 doit être suffisant pour em- pêcher des accumulations de boues d'engorger cet espace.
Dans cette région , le corps 12 est de préférence pourvu , dans sa partie inférieure ou fond, d'un certain nombre d'ou- vertures convenables 19 , comme c'est représenté sur la fig. 1 , de façon que l'eau puisse pénétrer dans l'espace compris entre les corps 10 et 12.
Dans sa partie inférieure , la chemise 18 est également pourvue d'une paire d'ouvertures , 20, dont une peut être reliée avec une conduite d'eau d'alimenta- tion , 55 , et dont l'autre peut être fermée ou être'reliée, si on le désire, à un tuyau d'évacuation , capable d'être fermé, par lequel des accumulations de solides peuvent être emmenées.
Pour que la chambre à eau B soit en communication avec l'espace , l'entourant, délimité par la chemise 18 , le corps 12 est pourvu , sur son dessus, d'une ou plusieurs ouvertures 21a d'où , dans le cas où la chaudière est
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utilisée dans un système pour la production de vapeur d'eau ou de vapeurs, comme c'est indiqué sur la fig. 1 , s'élèvent des tubulures 21 traversant de préférence la chemise 18 et fermées par des bouchons 21. Toutefois , ces tubulures sont tenues hermétiquement à la chemise 18 et présentent , dans leurs parois, un certain nombre d'ouver- tures 25 pour permettre à la vapeur de passer dans l'espace C , entre les parties supérieures du corps 12 et de la chemise 18 .
Dans la partie supérieure de la chemise 18 sont prévues des ouvertures 24 auxquelles sont reliés des tubes d'ascension de vapeur 57 . Comme c'est indiqué sur la fig. 1 ,il est prévu également sur la chemise une soupape de sûreté 52 ,un manomètre 53 , qui peut être branché surl'un des bouchons 51b et qui peut être également relié, par un tuyau 55 a,avec la conduite d'eau d'alimen- tation 55 , et un contrôleur automatique de niveau infé- rieur de l'eau , 54,f qui peut être relié au dit tuyau 55a.
Dans le cas où la chaudière doit être utilisée avec un système de chauffage à eau chaude , au lieu d'un système générateur de vapeur comme cela a été décrit pré- cédemment , les parties sont disposées de façon qu'on puisse facilement les convertir. Dans ce cas, les ouver- tures 24 , pour l'ascension de vapeur, sont fermées par des chapeaux ( bien que ces derniers ne soient pas représentés sur la fig. 10 ) et il est prévu , pour les ouvertures 21a, un type différent de tubulures 21 , Celles-ci ne présentent pas , alors, d'ouvertures à vapeur 25 mais sont pleines et s'étendent dans les ouvertures de la chemise 18 , en étant radialement espacées, et elles débouchent dans des tubulures
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d'ascension d'eau chaude , 22 ( fig.
10 et 11 ) , qui peuvent être reliées entre elles par un collecteur 23.
Cependant, l'appareil représenté sur les figs. 4, 5 et 6 peut être utilisé pour des systèmes générateurs de vapeur aussi bien que pour des systèmes à eau chaude sans aucune modification de l'ensemble. Il suffirait, dans le cas d'un système à eau chaude , de relier entre eux par un collecteur convenable, comme cela a été dit précédemment, les tubes d'ascension de vapeur 57 . Dans le cas d'un système géné- rateur de vapeur, le retour 56 est accouplé à la chemise 18 sensiblement à mi-hauteur de celle-ci et il descend de préférence à partir du point où il est ainsi relié à la chemise. A part ces minimes changements , la chaudière est de la même construction tant pour la vapeur que pour lteau chaude. En tout cas , le retour peut présenter une section rectangulaire de façon que tout l'ensemble puisse être logé dans une chemise de dimensions minima.
Dans la plupart des cas d'usage domestique) il sera probablement désirable d'incorporer à la chaudière un moyen pour chauffer l'eau chaude destinée aux besoins de la maison et, pour cette raison, un moyen de ce genre est représenté incorporé à l'appareil. Ce moyen (voir figs. 1, 4, 5, 13 et 14) peut prendre la forme d'un caisson ou fond arrière, 45 , disposé pour être assujetti à l'ex- trémité gauche , ou de sortie, du dispositif de transfert de chaleur quand on le voit comme sur les figs. 1 et 4 .
Ce caisson 45 est substitué à la plaque ou tôle 15 , et est assujetti à l'extrémité arrière de la chaudière de toute manière convenable, comme c'est représenté sur les figs. 1 et 4 . Il est établi de façon à présenter deux
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chambres 45a et 45b dont la première ,qui débouche à travers la paroi du caisson , s'étend en arc de cercle pour s'aligner avec la sortie d'échappement en arc de cercle 17a pour former un collecteur de gaz . Le caisson présente , à l'ouverture de la chambre 45a, un passage d'échappement à bride , 45c, qui délimite cette ouverture et dont le but apparaîtra plus loin.
La chambre 45b, se trouvant au-dessus de la chambre 45a,est fermée, comme c'est représenté sur les figs. 4 et 5 , pour recevoir de la chaudière de l'eau chaude qui peut y circuler au moyen de raccords 44 branchés sur la chambre 45b et traversant la chemise 18 . Un ou plusieurs serpentins à eau chaude, 46 , sont disposés dans la chambre 45b et sont reliés par des tuyaux 46a à ,par exemple, un réservoir d'eau chaude convenable, non représenté .Les serpentins 46 peuvent, si on le désire, être montés sur des plaques 4.6 boulonnées au caisson pour permettre de les enlever et de les mettre en place aisément , la paroi du caisson étant pourvue de .trous d'homme 45d de dimensions suffisantes pour permettre d'introduire , à travers eux ,le ou les serpentins 46.
Un tube d'évent 48 peut s étendre de la partie supérieure de la chambre 45b à un point adjacent à l'extrémité supé- rieure de la chemise 18 ou , de préférence et comme c'est représenté sur la fig. 5 , les raccords supérieurs 44 peuvent être branchés sur la chambre assez haut pour , et de façon , qu'il ne se forme pas de poche d'air dans le caisson. Un régulateur convenable 47 , tel qu'un "Aquastat" , est de préférence associé avec le caisson pour régler, indé- pendamment d'autre appareil, la température de l'eau dans la chaudière et le caisson.
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Des entrées d'air secondaires 49 , de dimension convenable et en nombre convenable, sont prévues pour la chambre de combustion A et , comme c'est représenté sur les figs. 1 , 12 et 12a, débouchent dans cette chambre A à travers la paroi extrême arrière 15c,et, dans le cas où le caisson 45 est employé , celui-ci est établi de manière à offrir des passages 49a qui continuent les entrées 49 et qui sont contrôlés au moyen de registres convenables 50 pour régler le passage d'air secondaire à travers eux.
Ces passages 49a servent aussi de regards à travers lesquels on peut surveiller la chambre de combustion .
Le passage d'échappement 45cest relié à un tuyau d'échappement 37 qui va au côté d'entrée de l'enveloppe 38 d'un ventilateur aspirant 38a qui, actionné par un moteur électrique convenable 39 , est disposé de façon à pouvoir être retiré à travers le côté de l'enveloppe 38 . Ce ven- tilateur sert à retirer de l'appareil les produits de com- bustion et à les décharger dans un conduit d'échappement 42 avec lequel peut être associé un pot d'échappement convenable 43 , qui, à son tour, est lorsque c'est néces- saire accouplé à une cheminée ( non représentée) .
Le moteur 39 , actionnant le ventilateur 38a , actionne aussi, de préférence , une pompe à combustible 40 qui refoule du combustible , par un conduit 41 , à la valve d'admission et à la buse 26a (fig. 7) du brûleur que l'on va décrire.
Il est bon d'appeler l'attention , en ce point, sur le fait que la chambre de combustion A est de préfé- rence formée en garnissant ou revêtant le corps intérieur 10 d'une masse 11 de matière réfractaire qui, si on le
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désire, peut être faitede blocs formés à l'avance et qui est de préférence juste d'épaisseur suffisante pour assurer qu'elle se supportera toute seule et tendra à rester en contact intime avec la face intérieure du corps 10. Une épaisseur convenable pour ce revêtement réfractaire sera, par exemple, 9,5 mm , ce qui assurera une ample marge de sécurité contre une rupture tout en permettant la trans- mission facile de chaleur à la chambre à eau B à travers le corps intérieur 10 .
La masse de matière réfractaire agit, naturellement , comme agent catalytique et en formant dans sa surface des évidements 111', on trouve qu'il est ainsi offert un facteur qui contribue à de l'énergie rayon- nante . Ces évidements 11' doivent de préférence , comme c'est représenté sur la fig. 1 ,se trouver dans une région bien espacée de l'extrémité d'entrée de la chambre de com- bustion pour ne pas tendre à créer une turbulence excessive de la flamme.
L'extrémité avant, ou d'entrée, du corps intérieur 10 est ouverte et le brûleur y est situé et fonctionne en coopération avec un dispositif de Venturi annulaire 28 , de préférence sous la forme d'un anneau réfractaire monté à l'intérieur du corps 10 et à l'extrémité d'entrée de celui- ci. Le brûleur proprement dit comprend, comme c'est plus clairement représenté sur les figs. 7 , 8 et 9 , la buse .36 et les électrodes 27 qui allument le combustible sortant de cette buse.
Une plaque 29a, portée par la face du dis- positif de Venturi 28 ., est pourvue d'une série d'ailettes 29 , disposées en spirale, qui butent contre une plaque an- nulaire 30 , assujettie par des boulons 33 à la plaque 29a, et qui servent à diriger de l'air secondaire, suivant un parcours en hélice dans le dispositif de Venturi, comme
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cela sera précisé plus loin. L'air ainsi dirigé est réglé par un collier ajustable 35 porté par la plaque annulaire et circonscrivant les ailettes 29 de telle manière qu'on peut le mouvoir par rapport à ces dernières pour régler la grandeur des entrées d'air entre ces ailettes.
La plaque annulaire 30 présente un rebord circonférentiel interne qui supporte , de manière qu'elle puisse y glisser , une cage cylindrique 31 ( fig. 7 ) dont l'extrémité interne présente la forme d'un dispositif de Venturi dans la partie évasée vers l'extérieur duquel il existe un certain nombre de fentes 32 . Le bout externe de la cage 31 présente un rebord extérieur pour supporter un plateau espacé 34 qui y est assujetti par des boulons 33a . Le plateau 34 supporte la valve d'admission 26 , qui le traverse en son centre , ainsi que les électrodes 27 .
L'air primaire pour le brûleur passe à travers l'espace existant entre le plateau 34 et le rebord de la cage 31 , puis à travers cette dernière , et est contrôlé ou réglé au moyen d'un collier mobile 36,qui glisse par-dessus le bord externe du rebord de ladite cage en se rapprochant ou s'éloignant du plateau 34 selon que les circonstances peuvent l'exiger.
Les fentes 32 , précitées, s'étendent également, de préférence , tangentiellement et obligent l'air passant à travers elles à tourner à peu près parallèlement à la direction des courants d'air que la présence des ailettes 29 fait tourner. On remarquera que tout le brûleur peut être enlevé de la chaudière dans son ensemble ; il suffit pour cela de disjoindre la conduite d'alimentation en com- bustible 41 et les conducteurs allant aux électrodes et de retirer les boulons 33.
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Le fonctionnement du brûleur sera décrit en détail plus tard.
Comme cela a été dit , le fonctionnement de la construction décrite est contrôlé de manière à assurer toujours un fonctionnement sûr et efficace du système.
L'énergie électrique est fournie ( voir figs. 1 et 2) par des lignes à haute intensité 58 et 58a qui vont aux divers mécanismes de contrôle et le circuit , que l'on va décrire, comprend un interrupteur à main 59. Le mécanisme de con- trôle comprend un thermostat local 60', un interrupteur de sûreté de combustion ou "contrôleur de tuyau d'échap- pement" 60 , 1' "Aquastat" 47 ou son équivalent, une valve à combustible , 63, commandée magnétiquement, un relais à dash-pot 63' , un trasnformateur 61 et un interrupteur de sûreté 66 . Le système comprend également, de préférence, un interrupteur contrôleur de niveau inférieur de l'eau,
54, un interrupteur contrôleur de limite , 54a, tel qu'un interrupteur commandé par la pression à la chaudière , .
dans le cas de vapeur d'eau , un interrupteur obéissant à la température , dans le cas d'eau chaude, ou un interrup- teur convenable pour être utilisé dans un système à vapeurs, selon, bien entendu , le type de système de chauffage auquel on a affaire. L'interrupteur 60 est associé avec la chambre de combustion ou le tuyau d'échappement ± et est du genre qui obéit ou réagit à la chaleur des produits de combustion pour fermer un circuit dans lequel le moteur électrique est associé , après que la combustion du combustible a été amorcée . L'interrupteur de sûreté
66 est du type à temps et comprend un tube à mercure qui est monté sur un bras 64 capable d'osciller.
Cet interrup-
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teur 66 fonctionne , lors d'un défaut d'allumage initial ou d'une déficience de combustion après allumage , pour interrompre le circuit du moteur afin d'empêcher un fonc- tionnement intempestif de ce moteur lorsque les circonstan- ces ne justifient pas ce fonctionnement Le dit interrup- teur est disposé pour être ouvert par la rétraction d'une barre cambrée 65a qui est capable d'être cambrée ou cour- bée par une boucle de résistance , ou dispositif de chauf- fage , 65 ,qui , dans le cas où elle n'est pas shuntée par la fermeture de l'interrupteur 60 ,surchauffe et cambre ainsi la barre 65a.
Le contrôleur de niveau inférieur 54 fonctionne, dans le cas où il y a un volume d'eau insuffisant dans la chemise 18 , pour interrompre le circuit du moteur. L'inter- rupteur contrôleur de limite 54a agit de même pour interrom- pre le circuit du moteur lorsqu'une pression ou une tempé- rature prédéterminée est atteinte à la chaudière ,même si l'interrupteur thermostatique local 60' reste fermé.
On remarquera , d'après le schéma des canalisa- tions électriques représenté sur la fig. 2 , que l'inter- rupteur thermostatique local 60' le contrôleur de niveau inférieur 54 , le contrôleur de niveau de la chaudière 54a, la résistance -le chauffage ,3 et le moteur électrique 39 sont en série, ce qui forme ainsi un des circuits du moteur. Toutefois, on remarquera également que l'interrup- teur de sûreté 60 , pour la combustion , est shunté autour de la résistance de chauffage 65 de sorte que, quand cet interrupteur se ferme lors de l'établissement de la combus- tion, cette résistance 65 est mise hors circuit et rendue inopérante.
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Le transformateur 61 , qui fournit de l'énergie aux électrodes d'allumage 27 est connecté dans le circuit principal du moteur de sorte que sensiblement dès lors de la fermeture de ce circuit, les électrodes 27 fonction- nent. Ces électrodes peuvent être du type fonctionnant con- tinûment , c'est-à-dire fonctionnant continûment pendant le fonctionnement du moteur ; ou bien, si on le désire, elles peuvent être actionnées d'une manière intermittente par l'intermédiaire d'un mécanisme de commande convenable ( non représenté) .
Il est préférable que du combustible ne soit pas fourni à la buse du brûleur tant que le moteur et, par suite, le ventilateur 38a n'ont pas pris leur vitesse et, pour cela, la conduite d'amenée de combustible 41 est pour- vue d'une valve d'interception actionnée magnétiquement
63, qui est commandée par une bobine de solénoïde 63a connectée/le circuit du moteur; toutefois, le circuit allant à la bobine 63a comprend de préférence un interrupteur . à tube à mercure 68 qui maintient ce circuit ouvert jus- qu'après que le moteur a pris sa vitesse.
Cet interrupteur peut être monté à pivot pour être actionné par un relais à dash-pot à action lente 63', qui est amené à fonctionner par l'action d'une bobine de solénoïde 63cqui est connectée directement dans le circuit du moteur et agit immédiatement lors de la fermeture du dit circuit.
Si on le désire, un dispositif anti -parasite 62 peut' également être connecté dans le circuit de contrôle, comme c'est indiqué sur la fig. 2 .
Il va sans dire que les divers interrupteurs tels que 60 , 60' , 54a, 66 et 68 peuvent être d'un type quel-
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conque convenable . De plus, on peut employer d'autres circuits de contrôle convenables utilisant certains, quel- conque, des interrupteurs et dispositifs de contrôle dont il a été question ci-dessus , ou lesutilisant tous.
En outre, la valve à combustible 63 peut être commandée , au lieu du relais 63', par la pression du combustible passant dans la conduite 41 ; ou bien, si on le désire, elle peut être commandée par les conditions de tirage dans la chambre de combustion , ce qui peut se faire en munissant l'une des entrées d'air secondaire 49 , comme c'est représenté sur la fig. 17 , d'un clapet 67 qui est associé avec l'inter- rupteur à mercure 68 de façon qu'après que lé ventilateur 38a a atteint sa vitesse normale , l'aspiration normale d'air actionne le clapet 67 et ferme l'interrupteur 68.
Naturellement , à l'instant où le degré d'aspiration sur le clapet 67 tombe au-dessous d'un minimum prédéterminé ,le circuit pour la valve à combustible est rouvert par l'in- terrupteur 68 . Une autre manière désirable d'actionner la valve à combustible afin de retarder l'alimentation en com- bustible est indiquée sur la fig.16 , où le moteur 39 est du type à phases divisées et où le bobinage comprend la bobine de solénoïde µ/ de la valve à combustible. Natu- réllement , au moment où le moteur arrive à sa vitesse , la bobine 63a se trouve excitée pour ouvrir la valve à com- bustible 63 tandis que , dès que le circuit du moteur se trouve interrompu , cette valve 63 se ferme.
Il y a évicemment de nombreuses autres manières d'effectuer le contrôle . Par exemple, et comme cela est représenté sur la fig. 15 , le clapet 67 , sur lequel est monté l'interrupteur 68 , pourrait être associé avec la
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tête d'admission et spécialement avec le passage à air principal de celle-ci . Dans ce cas, cette tête sera fermée par un plateau 34' présentant une ouverture d'ad- mission 34" avec laquelle le clapet 67 coopère . Le siège pour ce clapet doit, de préférence , être incliné au-.delà de la verticale et une vis de réglage 67'peut être associée avec le clapet pour coopérer avec le siège afind.'empêcher une fermeture complète de ce passage .
Supplémentairement , le clapet'peut être muni d'un contrepoids 67" de façon à prendre normalement , dans l'état d'inactivité des par- ties , une position convenable. Naturellement ,une fois le fonctionnement commencé , le passage d'air ,à travers la cage 31 sera si grand que, au moment où les parties attei- gnent la vitesse de fonctionnement, le clapet se trouve attiré sur son siège = pour autant que cela est permis par la vis de réglage 67' - et que, en conséquence , l'in- terrupteur 68 se fermera pour permettre à la'valve à combusti- ble de s'ouvrir.
Dans le fonctionnement de l'appareil et du système de contrôle prévu pour lui ,.il est à remarquer que, en raison de la fermeture de l'interrupteur thermostatique local 60', ou de 1' "Aquastat" 47 que l'on peut employer, en été , pour contrôler le fonctionnement du caisson à eau arrière pour la production d'eau chaude, du courant est fourni par les conducteurs 58 et le circuit du moteur se ferme, ce qui met en action le moteur 39,le ventilateur 38a et la pompe à combustible 40 et fait ins- tantanément , par l'intermédiaire du transformateur, que des étincelles passent entre les électrodes 27 en même temps que du combustible sera pompé à la valve à combustible
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63 .
Cette dernière, en raison de son action à retarde- ment , conne décrit précédemment, ne s'ouvrira que quand le moteur aura pris sa vitesse normale. A ce moment, la valve 63 s'ouvre et permet, en raison de la pression de combustible créée par la pompe 40 , au combustible d'être projeté de la buse 26a où il est instantanément allumé par les électrodes 27 , déjà en action ,et une flamme est alors projetée , d'une manière qui sera décrite plus loin, dans la chambre de combustion A . Les produits de combustion chauds passant par le tuyau d'échappement chauffent les moyens thermiques de l'interrupteur de contrôle de combustion 60 , ce qui fait que ce dernier se ferme. En même temps que commence le fonctionnement du système , du courant passe par la résistance de chauffage 65 .
L'interrupteur 60 est réglé pour se fermer avant que la résistance 65 devienne assez chaude pour influencer la barre cambrée 65a et, lorsqu'il se ferme, il met ainsi la résistance 65 hors circuit et la rend inopérante . Le fonctionnement normal du système est ainsi mis en route et le combustible est projeté jusqu'au moment où l'inter- rupteur thermostatique local 60' ouvre le circuit, ou jusqu'à ce que les interrupteurs 54 ou 54' ouvrent le circuit du moteur. Dès l'ouverture de ce circuit, la valve 63 se ferme et empêche toute projection ultérieure de combustible dans la chambre de combustion.
Si, lorsque le moteur commence à fonctionner, le mélange combustible ne s'allume pas , auquel cas l'in- terrupteur 60 ne ferme pas son circuit, ou si, après allumage, il y a une déficience de combustion , auquel cas l'interrupteur s'ouvre par suite du refroidissement
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de ses moyens de commande thermiques, la continuation du passage du courant dans la résistance de chauffage 65 fait que la barre 63a se cambre après une période de temps prédéterminée et permet à l'interrupteur de sûreté 66 de s'ouvrir ,ce qui interrompt le circuit du moteur et fait que celui-ci s'arrête . Cela constitue une sauvegarde contre une décharge de combustible non allumé dans la chambre de combustion. On doit fermer, à la main, l'in- terrupteur de sûreté 66 avant de pouvoir remettre le sys- tème en marche.
Dans le cas où la combustion vient à faire défaut et où la chambre de combustion est chaude, la remise en route du fonctionnement fait qu'une étincelle sera produite avant que le mélange oombustible soit à nouveau projeté dans la chambre de combustion , ce qui assure ainsi que du combustible non allumé ne sera pas projeté dans la chambre de combustion chaude, ce qui, en l'absence de la sauvegarde sus-mentionnée , pourrait avoir pour résultat une explosion sérieuse.
Il est évident que l'air primaire pénètre entre le plateau 34' et le rebord de la cage 31 , comme c'est représenté sur la fig. 15 . Cet air sert à refroidir la buse 26a et assure le mélange combustible initial en supportant le combustible à sa sortie de la buse. Naturel- lement , la formation du mélange sera grandement favorisée grâce au dispositif de venturi formant une partie de la cage 31 et il est évident que l'on peut ajuster la buse de manière qu'elle occupe.juste la position désirée par rap- port à ce dispositif. La flamme résultante sera, norma- lement, droite ou, comme on dit dans le langage industriel, en "queue de cheval" .
Toutefois, en raison du fait que
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les fentes 32 s'étendent de préférence tangentiellement, une certaine quantité d'air secondaire admis entre les ailettes en spirale 29 se mélangera avec l'air primaire et agira sur le mélange combustible afin d'amener la masse combustible à prendre un chemin en hélice . Aussi- tôt après cela , la masse combustible recontre l'air se- condaire passant au delà de la cage 31 air qui a reçu une action de torsion en raison des ailettes 29 . Du fait que la tôle extrême externe 15d, qui ferme le collecteur 17 , est de préférence un prolongement de la plaque 29a associée avec l'anneau réfractaire 28 , l'air secondaire . passant à travers les ailettes 29 sera chauffé à un degré important .
Cet air secondaire se mélangera avec le mélange combustible qui, en ce point, commence à brûler et l'action en hélice , ou de torsion , du mélange com- bustible , qui a été produite par l'air passant à travers les fentes 32 , sera¯ alors accélérée . De cette manière, la turbulence d'air est réduite à un minimum et il en résulte un mélange homogène où les particules de combus- tible sont très finement divisées et intimement mélangées avec l'air. On a trouvé que la flamme résultante suit un parcours hélicoïdal à travers la chambre de combustion A et tend, supplémentairement, à tourner axialement sur elle-même . Il en résulte que , avec une chambre de combustion n'ayant qu'une longueur de 61 cm, une flamme ayant , en fait, approximativement 9,30 m de long sera produite.
De plus, en raison de la manière dont le mélange combustible est formé et est introduit dans la chambre de combustion , une couche pelliculaire gazeuse de grande densité est constituée. De cette manière , bien quc la
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force centrifuge serve à assurer l'intimité du contact entre le mélange combustible et le revêtement réfractaire 11 , un choc direct est effectivement évité, nonobstant le fait qu'on peut tirer tout avantage de l'effet cataly- tique aussi bien que de l'énergie rerayonnante qui résulte des évidements 11' ou leurs équivalents. Cette combustion est accélérée par les surfaces à haute température et le phénomène de combustion de surface se produit, d'où il résulte que les produits de combustion ont une température intense.
Comme cela a été dit ci-dessus ,le réglage du débit et.des proportions du mélange combustible peut être facilement réalisé non seulement en déplaçant les colliers 35, 36 ou leurs équivalents , mais aussi en déplaçant la cage 31 par rapport à la buse et/ou par rapport au dispositif de Venturi constitué par l'anneau réfractaire 28. La buse est maintenue à l'état relativement froid en raison de la circulation de l'air primaire , ce qui empêche le cracking du combustible , avec dépôts et engorgement de la buse qui en seraient la conséquence , en raison de la chaleur réflexe de la chambre de combustion . Du fait que la valve à combustible 63 se ferme de préférence avant que le ventilateur ait cessé de fonctionner , il est évident que la buse 36 et les parties y associées sont encore davantage sauvegardées.
Même pendant les périodes de ferme- ture de la valve à combustible suivant une période d'acti- vité intense, on a trouvé qu'il passe suffisamment d'air par-dessus la buse 26a et autour d'elle pour la maintenir relativement froide. cet air peut après cela s'élever à travers les fentes 32 et s'échapper entre les ailettes 29.
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De plus, du fait que la soupape à combustible 63 ne s'ouvre pas , de préférence, dès le fonctionnement du moteur, il est ainsi possible d'avoir une flamme parfaite et une bonne combustion, à partir du moment de l'allumage réel.
Inversement , avec la valve à combustible 63 se fermant avant que le ventilateur ait cessé de fonctionner, nul
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excè; dé r<<tx1< , un c;ù:Uouat1b10 , u'ura .1 ',clnJ': " .luii:. la chambre de combustion et celle-ci sers balayée de tous produits de combustion pendant le ralentissement de vitesse du ventilateur. Il en résulte que des odeurs de pétrole ne seront pas perceptibles et que l'appareil sera exempt de suie.
Normalement , les produits de combustion intensé- ment chauds passent en contact avec la paroi arrière 15c de la chambre de combustion et servent ainsi à chauffer à un degré maximum le fluide passant dans le serpentin à eau chaude 46 . Ces produits de combustion sont ensuite déviés de bas en haut pour passer dans la série supé- rieure de tubes 13 et , de là , au passage collecteur 17 .
Les produits de combustion passent de haut en bas dans co pascale 17 puisdanc la série inférieure de tubes 13a et se déchargent dans le passage 17a et dans la chambre d'échappement 45a formée dans le caisson arrière 45 .
Dans ce dernier, ces produits de combustion passent ensuite dans l'enveloppe de ventilateur 38 d'où ils sont déchargés dans le conduit d'échappement 42 . En ayant le ventilateur aspirant situé de préférence au-dessous du point de transfert effectif de chaleur et en un endroit adjacent au point le plus bac du parcours des produits de combustion, on a trouvé qu'aucun tirage naturel n'est nécessaire. En
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conséquence , l'appareil peut être installé comme on le désire, sans qu'il soit nécessaire de prévoir une cheminée.
De plus, le ventilateur agit, lorsqu'il ne tourne pas ,à la façon d'une valve pour empêcher le passage d'air au delà de ce point dans la chambre de combustion. Cela est accentué par le fait que les gaz chauds auraient à des- cendre afin de s'échapper dans le conduit d'échappement 42 . En conséquence, un refroidissement de l'appareil résultant d'un passage d'air à travers lui après que la projection de combustible a cessé est empêché et la déper- dition de chaleur est ainsi réduite au minimum.
On a trouvé que, malgré que le dégagement de calories , dans cet appareil , atteigne environ 2660 par dm3 , au lieu d'environ les 400 usuelles , la tempé- rature au conduit ou tuyau d'échappement reste basse et, par conséquent, le ventilateur ne se déformera pas. Ainsi, en ayant le ventilateur disposé à l'extrémité d'échappe- ment de l'appareil, il est possible d'obtenir toujours un mélange combustible parfait. En d'autres termes, dans le.fonctionnement de cet appareil ,il est désirable d'em- ployer un mélange gradué et ce mélange doit inclure une forte quantité d'oxygène au moment de la mise en route.
A mesure qu'une combustion de surface et une action catalytique se produisent , la 'fourniture d'oxygène doit être diminuée afin d'assurer le maintien de température maxima et, au moment où la chambre de combustion atteint des températures de marche, le volume d'oxygène doit être réduit encore davantage.. Dans un brûleur à pétrole conventionnel dans lequel le ventilateur est situé à l'ex-
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trémité d'admission ,le volume d'air est sensiblement constant en tout temps de sorte qu'on ne peut tenir compte des facteurs précités. En fait, il se produit un fonc- tionnement contraire à celui désiré parce que , avec le tuyau d'échappement relativement froid, il ne se produit que relativement peu ou pas d'aspiration à l'extrémité d'admission .
Toutefois, à mesure que la température du conduit d'échappement augmente , l'aspiration augmente et il pénètre par cela même davantage d'oxygène dans l'ex- trémité d'admission de la chambre de combustion , après que des températures de marche ont été atteintes, qu'au moment de la mise en route. Conséquemment , 1'installation conventionnelle n'a pas une combustion efficace , et il en résulte de la fumée et des odeurs ainsi qu'une carboni- sation , aussi bien qu'un mauvais rendement dû au fait que des particules de combustible non brûlées sont déchar- gées dans le conduit d'échappement . Toutefois, en ayant le ventilateur disposé comme décrit à propos du présent appareil , il est évident que l'on remediea tons ces la- convénients et qu'une condition idéale n'est pas seulement approchée, mais réellement réalisée.
Cela est dû à ce que bien que le volume de fluide passant par le ventilateur reste toujours sensiblement constant, ce volume est repré- senté, au moment de la mise en route, par des gaz relati- vement froids et est représenté , après qu'on a atteint des températures de marche, par des gaz à des températures maxima , qui ont nécessairement un volume plus grand. De cette façon, au moment de la mise en route , une quantité maximum d'air pénètre dans l'extrémité d'admission de la
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chambre de combustion , mais la quantité d'air diminue graduellement pour maintenir automatiquement les propor- tions exactes à mesure que les parties approchent des températures de marche.
Naturellement, toute tendance à un vide est brisée par l'air primaire et les vitesses voulues d'air et de combustible nécessaires pour une com- bustion complète sont maintenues par le ventilateur en le faisant fonctionner à sa pression statique maximum.
Dans le cas où il est praticable , dans une installation particulière quelconque , d'utiliser une combustion secon- daire, on peut obtenir cet effet en admettant de l'air à travers les passages 49 , en ouvrant les registres 50 au degré voulu.
Si, en raison de quelque mauvais ajustement des parties, il se produit de la suie, on peut immédiatement remédier à cela en assurant une suralimentation en air à l'extremité d'admission et on pormottant ainsi, aux dépôts d'être désagrégés et d'être emmenés de l'appareil par le fonctionnement du ventilateur 39 . En fait, on peut, si on le désire, enlever tout le mécanisme producteur de flamme et faire fonctionner le ventilateur pour qu'il agisse comme un nettoyeur par le vide et aspire les dépôts dans le conduit d'échappement .
Il est évident que , en ayant les parties disposées de la manière décrite, la chambre de combustion et la chaudière tout entière sont tenues sous tension. En consé- quence , on n'aura point d'ennuis avec des fuites de vapeurs, des odeurs ni de la saleté . En raison du facteur de tension constante , l'appareil est également indépendant des conditions de cheminée et il est possible d'utiliser
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nairement considéré comme praticable. En outre, comme cela a été exposé précédemment, les gaz brûlants sedétandent vers le ventilateur au lieu de le faire en s'éloignant de lui, ce qui réduit ainsi au minimum la sévérite et le danger de bouffées en retour.
En plus de ce qui précède, un fonctionnement bruyant résultant d'un "grondement" ou "ronflement" de la flamme est sensiblement éliminé peu importe la difficulté de conditions de tirage.
En raison de l'existence de la chemise 18 , l'eau d'alimentation est réchauffée et, de plus, d'amples quan- tités sont disponibles pour un passage à travers les ou- vertures 19 afin d'empêcher toute possibilité d'une mise à sec de la chaudière par suite de la vaporisation rapide qui se produit dans un appareil de ce genre. Dans le cas d'un système de chauffage à eau chaude, comme sur la fig.
10 ,l'application des tuyaux d'ascension 22 et leur dis- position par rapport aux tubulures 21 sont telles qu'une ample circulation se produit même quand le collecteur 23 est fermé, corrune ce serait le cas si on désirait qu'aucun radiateur ne donne de chaleur mais si l'appareil fonction- nait dans le but de fournir une ample provision d'eau chaude pour des usages domestiques.
Dans le cas de systèmes à vapeur d'eau et à vapeurs , toute humidité entraînée sera instantanément mise en liberte et léposée dans la chemise 18 en raison de la position de préférence chicanée des ouvertures 24 par rapport aux tubulures 21 . En raison de l'emplacement des ouvertures, dans la chemise 18 , auxquelles le retour 56 est relié , de l'huile ni de la graisse ne peuvent pénétrer dans la chaudière proprement dite parce que , pour le faire,
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elles auraient à descendre . Ce retour empêche également une remise en circulation directe d'eau à partir de la chemise 18 .
Naturellement ,toute substance , contenue dans l'eau, qui est de nature à former du tartre ou des incrustations est déposée sur l'intérieur de la chemise
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oxt'J1'iouro il ot uur leu f';arm axt6J"i Olll'O du oorpH externe 12, de sorte que cette substance ne frappera pas sur les surfaces de chauffe de la chaudière proprement dite . Na- turellement, les gaz de combustion les plus chauds passent dans les tubes 13 de la série supérieure , adjacente à l'aire de dégagement de vapeur, de sorte que cela assure de la vapeur sèche. Les produits de combustion passant dans les tubes ]¯3¯ de la série, ou faisceau, inférieure passent dans cette partie de la chaudière où l'eau contenue dans celle-ci est la plus froide, ce qui assure ainsi un plus grand transfert de chaleur, tendant à augmenter le rendement de la chaudière.
Dans toutes les formes d'exécution de la chaudière qui sont représentées , la vapeur qui ne s'échappe pas est captée, avant échappement, par les tuyaux d'ascension 57, ce qui assure ainsi de la vapeur sèche. D'autre part, lorsqu'il s'agit d'un système à eau chaude, le fluide chauffant passe directement dans les tubes de montée, ou d'ascension , de sorte que la chaudière agit alors comme une pompe pour assurer une circulation rapide à travers le système.
Dans le cas où l'on ne désire pas employer le caisson à eau 45 , le tuyau d'échappement 37, qui communique avec l'enveloppe de ventilateur 38 , peut alors être mis en communication directe avec la sortie de gaz en arc de
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cercle 17a,à l'ext mité de décharge de l'appareil. Dans ce cas , on peut assurer un bon approvisionnement en eau chaude, pour usages domestiques , en utilisant des aboute- ments 51 , représentés sur la fig . 11 , qui sont , par exemple ,associés avec la face extérieure du corps 12 et qui présentent des passages pour la circulation de l'eau à chauffer.
Comme c'est représenté sur la fig. ô , la surface supérieure du corps 12 peut être plate , comme c'est indi- qué en 69 ; de cette manière , une réserve maximum d'eau chaude est offerte en un endroit adjacent au niveau supé- rieur et, de plus, on dispose d'un espace de prise de vapeur de surface maximum . Comme c'est également indiqué sur cette fig. ,en 70 , les tubes peuvent être aplatis si on le désire.
En ce qui concerne les figs. 20, 21 et 22 , on notera que, comme le montre la fig. 20 , au lieu que le corps 77 soit circulaire , avec des tubulures s'en étendant, la face supérieure de ce corps peut être interrompue et continuée sous la forme de parois latérales sensiblement verticales 78 , qui peuvent être en contact avec la face interne de la chemise extérieure 18 , ou y être fermement assujetties. Des évents 79 sont formés dans les parois latérales en question dans le but d'égaliser la pression.
Des tôles convenables , 80 , peuvent être placées à l'in- térieur de la chemise 18 et des courts tuyaux d'ascension 57 pour empêcher que de l'humidité s'échappe à travers ces derniers . Naturellement , si les parois latérales 78 ont une hauteur suffisante , ces tôles seront inutiles dans cette formede construction.
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Sur les figs. 21 et 22, le corps externe 81 présente des parties d'angle découpées , 82 , délimitées par des parois montantes 83 qui sont espacées de la face interne de la chemise 18 au degré voulu pour permettre le passage de vapeur d'eau et de vapeurs. De cette manière, on dispose à nouveau d'un séparateur ou purgeur qui empêche toutes quantités excessives d'humidité de passer dans les tuyaux d'ascension.
Comme c'est représenté sur les figs. 18 et 19, la commande par moteur électrique de l'appareil sera normale- ment montée de manière à empêcher la transmission de vi- bration et de bruit et l'ensemble : moteur, ventilateur et pompe peut être monté sur une plate-forme 71 supportée à son tour par des colonnettes 72 sur un chariot 73 . Ce dernier peut être isolé , par des tampons ou coussins de caoutchouc 74, du bâti 75. Le chariot peut également être ajusté longitudinalement au bâti grâce ,par exemple, à un montage à boulons et à fentes. De plus, il est possi- ble ,grâce à cette construction , après avoir disjoint les conduites de retour d'alimentation et les connexions électriques, de retirer simplement les boulons 76 et d'enlever en bloc tout 3'ensemble de la commande par moteur.
En se reportant aux figs. 23 et 24 , on remar- quera que le bâti de support , 100 , de l'appareil peut présenter des barres formant rails ,84 , sur lesquelles sont montées , de façon à pouvoir glisser ,des cornières 85 reliée's par des dispositifs d'assemblage 86 au chariot 73 . De cette manière le chariot tout entier , portant avec lui tout le mécanisme de commande et les contrôles y associés, peut être enlevé en un seul groupe.
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En ce qui concerne les dispositifs d'assemblage 86, qui sont plus clairement représentés sur la fig. 24 , ils comprennent de préférence des pièces 87 et 88, de section en U , entre lesquelles est interposé un tampon 89 , de caoutchouc ou autre matière convenable amortissant les vibrations. '-le cette manière il n'existe aucun contact métal sur métal entre le chariot 73 et le bâti et, comme le poids du mécanisme est transmis aux tampons de caoutchouc 89 , il se trouve que ceux-ci travaillent au cisaillement, ce qui fait que le minimum de vibration et de bruit est transmis.
On comprendra, naturellement, qu'en ce qui concerne le mécanisme de commande et son support , ce mécanisme peut ne pas être disposé nécessairement sous la chaudière mais pourrait être placé dans la position voulue pour satisfaire au mieux aux exigences de toute installation donnée. Cela n'affectera en rien le principe de fonctionnement impliqué ni les avantages dérivant du mécanisme . Toutefois, en montant le mécanisme de commande au-dessous de la chaudière, on obtient une construction ramassée qu'on peut renfermer complètement dans une enveloppe convenable , d'aspect agréable , afin de cacher les diverses parties du méca- nisme.
On remarquera ainsi que la chaudière et le brûleur constituent un système efficace , automatiquement contrôlé , dans lequel une combustion rapide et efficace du combus- tible se produit grâce à un rerayonnement de la chaleur et dans lequel de la vapeur vive sèche est obtenue par le passage des produits de combustion les plus chauds en un endroit adjacent à la région de dégagement de vapeur et en
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raison de la grande surface de chauffe par rapport au volume d'eau qui se trouve dans la chaudière . De plus, en raison du tirage par aspiration, un contrôle positif de la fourniture d'air primaire et secondaire est assuré et , en raison de la disposition des diverses parties, de hautes températures au tuyau d'échappement sont éliminées et l'établissement d'un feu net lors d'une mise en marche à froid est assuré.
On a trouvé que , dans un appareil de ce genre, le dégagement de calories par décimètre cube de volume de foyer équivaut à 2660 tandis que , dans une chaudière ordinaire , le dégagement se monte simplement à 400 calories par décimètre cube de volume de foyer. Les résultats sui- vants , pris d'après des essais de fonctionnement, portant lumière à cet égard.
1) le rapport de surface de chauffe au poids de la chaudière est de dix décimètres carrés pour un peu moins de sept kilogrammes ; .3) le rapport de volume de foyer à la surface de chauffe est d'un décimètre cube pour soixante-dix décimètres carrés ;
3) le rapport de surface de chauffe au contenu en eau de la chaudière proprement dite est de dix déci-- mètres carrés pour 1,125 kg ;
4) le rapport de poids de chaudière au débit en décimètres carrés équivalents atteint le chiffre de 40 g. par décimètre carré de rayonnement de fonte.
La vitesse d'air à travers le registre à air et le dispositif de Venturi atteint 140 mètres cubes par minute et, comme résultat de cette grande vitesse, il se
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fait un mélange combustible parfaitement proportionné , de sorte que la flamme , en parcourant la chambre de combustion, donne les résultats précédents . Ainsi , le dégagement élevé de calories est accompli , étant évident que des facteurs qui contribuent à cela sont la façon particulière dont la flamme est obligée à effectuer son trajet ,plus le petit volume de foyer et le rerayonnement de l'anneau réfractaire.
En conclusion , on remarquera que certaines des figures représentent diverses formes d'exécution de l'in- vention . Les petites différences de conception n'ont pas nécessairement été décrites en détail car elles sont évi- dentes pour des personnes de la partie. Chacune de ces constructions repose sur le même principe et les différences dans la réalisation sont, à certains égards, simplement des changements qui apparaissent désirables et évidents dans des installations différentes.
Evidemment, on pourrait faire de nombreux cha@@e- ments et redispositions des parties et de leurs contrôles sans que cela doive être considéré corme une dérogation à l'esprit de l'invention .
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PATENT OF INVENTION "COMBUSTION PROCESS, CLEAN HEATING APPLIANCE
TO ITS PUTTING INTO PRACTICE AND BOILER TO WHICH THIS PROCESS AND THIS APPARATUS ARE APPLICABLE "
The present invention relates to an apparatus improved, both in construction and in operation, primarily intended for use in connection with heating systems, but also capable of being advantageously used in combination. with motive power production systems.
One of the objects of the invention is to provide an apparatus of this type which realizes a burner and a combustion process and which, moreover, encompasses a boiler construction ideally suitable for use in connection with such an apparatus, these mechanisms combine to give an assembly by means of which fuel can be easily and efficiently converted into water vapor, vapors or other heated fluid.
The invention offers, for heating systems,
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a combined boiler and burner assembly of such construction and arrangement as to ensure rapid and efficient combustion of the fuel and efficient transfer of heat to the medium to be heated.
In this set of boiler and burner, of simple construction, complete combustion of the fuel will be obtained without production of soot, the combustion will take place quietly and substantially all the heating power of the fuel will be used, which ensures a high overall efficiency of the assembly, compared to heating systems used previously.
The invention provides an efficient apparatus in which heat losses are minimized and which operates in a substantially fully automatic fashion and requires only a minimum of attention.
In the accompanying drawings, which show suitable embodiments of the invention:
Fig. 1 is a perspective view of the heater, with cutouts and parts in section to show the general arrangement of the various parts; Fig. 2 represents, schematically, the control circuits and the control devices associated with the apparatus to ensure automatic control;
Fig. 3 is a sectional view of a fragment of an exhaust pipe arrangement which is preferably associated with the exhaust pipe of the apparatus.
Fig. 4 is a substantially complete longitudinal vertical section of the apparatus shown in FIG. 1, showing its construction more clearly and also showing an inlet head of a slightly
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different from that shown in FIG. 1;
Fig. 5 is a section on 5-5, fig. 4, reworked feeling the box or rear bottom in section and showing the heating coil for hot water in position in it;
Fig. 6 is a section on 6-6, fig. 4;
Fig. 7 is a sectional view on a large scale of a fragment of the inlet head employed in the apparatus shown in FIG. 1;
.Fig. 8 is a front elevation of the burner, in
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rûgardanL VORM loo ori, Ciouu do tl6ohIH ';; Cj do oombu, l1t,;! bJo and air;
Fig. 9 is a section on 9-9, FIG. 7, representing the curved air vanes;
Fig. 10 is a longitudinal vertical section through the actual boiler of the apparatus, showing the same arrangement when used in connection with a hot water heating system, the burner, the rear casing and the refractory lining being removed;
Fig. 11 is a section on 11-11, fig, 10, also showing parts which can be incorporated therein to heat water for domestic uses;
Fig. 12 is an elevational view of a fragment of the apparatus, showing an auxiliary air control register;
Fig. 12a is a section through the rear box, showing the auxiliary air passage;
Fig. 13 is a front view, partly in section, of a rear casing arrangement which may be associated with the boiler;
Fig. 14 is a side elevation of the rear box shown in FIG. 13;
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Fig. 15 is a sectional view, on a large scale, of a fragment of the apparatus, showing the inlet head shown in FIG. 4;
Fig. 10 schematically represents an arrangement of an electric motor which can be used;
Fig. 17 is a diagram of a control arrangement which may be provided for the fuel supply valve;
Fig. 18 is a side elevation of a fragment of the electric motor mount;
Fig. 19 is a cross section along 19-19 fig. 18;
Fig. 20 is a cross section through another boiler arrangement which may form part of the apparatus;
Fig. 21 is a partial section of a fragment of yet another boiler arrangement;
Fig. 22 is a section on 22-22, FIG. 21;
Fig. 23 is an end view of a portion of the lower part of the apparatus and
Fig. 24 is a sectional view, on a large scale, of one of the frames shown in FIG. 23.
In general, the apparatus which will be described in more detail below comprises a heat transfer device preferably occupying a horizontal position, having inlet and outlet ends, a fluid fuel, flame-producing means. associated with the inlet end, a suction means, for the combustion products, associated with the outlet end and means for automatically controlling the operation of the appliance. The heat transfer device
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is of a new and greatly improved construction which ensures faster and more efficient use of the heat generated and includes a combustion chamber which, as shown,
is preferably completely surrounded by a water chamber and a number of tubes for conducting the hot combustion products through this water chamber. These tubes and the combustion chamber are arranged so that the water in this chamber is subjected to heat a number of times and they are further arranged so that the hottest combustion products pass through. the water chamber near the surface of it where water vapor is released, then through the portion of the water chamber where the water is coldest, thus ensuring a large heat transfer tending to high operating efficiency. The products of combustion are ultimately sucked in or escape from the appliance at a relatively low exhaust pipe temperature.
The flame-producing means is also of new and improved construction, designed in such a way as to cooperate with the vacuum cleaner means and to produce intense heat during combustion, as well as to ensure complete combustion with minimum noise and with great economy. of fuel.
The heat transfer device, in the arrangements shown in FIGS. 1, 4, 8 and 10, is supported on a frame 100 and comprises an inner body 10, preferably of circular section, which provides the combustion chamber A, and an outer body 12 which can be spaced, concentrically, from the inner body for
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forming a water chamber B which preferably completely surrounds the combustion chamber A. As shown in Figs. 4 and 10, the space located between these two bodies and at the right-hand end thereof, in FIG. 10, is closed by an end plate 15a located some distance within their outer ends, this end being the inlet end of the heat transfer device.
At the opposite, or outlet end, the inner body 1Q is partially cut away at its upper part to provide an outlet 14 for the combustion products coming from the chamber A and, to the bodies 10 and 12, an end plate is attached. 15, in an arc of a circle, which extends over the entire peripheral extent of the cut-out part of the body 10, as seen in FIG. 6. In addition, side closure plates or sheets 16, disposed horizontally, are secured to the ends of the plate 15, to the outer body 12 and to the inner body 10 along the longitudinal edges, of the cut-out portion thereof.
The remaining space in the arc of a circle, between the two bodies, is also closed by a plate or sheet in the form of an arc 15b located at some distance inside the rear ends of these bodies and secured to the latter and, by its ends, to the side panels 16. The water chamber B is thus delimited by the bodies 10 and 12, the side plates 16 and the end plates or plates 15a, 15 and 15b.
As has been said previously, the combustion products pass through the water chamber B to the
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C; p; jn21 d'ui'1 <: '[: Y'iA ::; np'; 'i "'11:' 8 and a lower series of tubes 13 and 13a. The tubes 13 of the series superior
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extend between the end plates 15 and 15a and open through them into the gas outlet 14 and the space forming a manifold 17, respectively, this space 17 being that between the end plate 15a and the end - mity of entry of the device.
The tubes 13 of the lower series are longer than those of the upper series and extend between the end plates 15a and 15b, below the side plates 16, to open into the space forming the manifold 17 and the arcuate exhaust space 17a, .respectively, this space 17a being that located between the end plate 15b and the outlet end of the apparatus. Another end plate, 15c, is also provided to close the rear end of the apparatus and is secured, by its lower edges, to the end part of the body 10 which is not cut and, by its upper edges. , at the ends of the side plates 16 and at that part of the outer body 12 which is located above the latter plates.
The space 17, forming a collector, is closed by an annular plate or sheet 15d, as shown in FIG. 10.
This arrangement thus ensures the passage of the combustion products over the entire length of the combustion chamber A, then through the series of upper tubes 13 through which they pass to the manifold 17 from which they return, through the series of tubes. 13a, at the circular arc exhaust outlet 17a, which thus subjects the water chamber B to three different paths of the hot combustion products.
To ensure an ample supply of feed water, it is preferable to enclose the body 12 in
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a substantially larger insulated outer jacket 18 which, if desired and as shown in figs. 6 and 11, may not be circular and may be further spaced from body 12 adjacent to its top.
End plates 15e are provided at the ends of the liner 18 to close the space between it and the body 12 and these plates are preferably welded to the liner 18 and the body 12. The end plates 15, 15a, 15b, 15c and 15d and the side plates 16 are also preferably welded to the bodies to which they are attached. However, the spacing between the jacket 18 and the underside of the body 12 must be sufficient to prevent accumulations of sludge from clogging this space.
In this region, the body 12 is preferably provided, in its lower part or bottom, with a number of suitable openings 19, as shown in FIG. 1, so that water can penetrate into the space between bodies 10 and 12.
In its lower part, the jacket 18 is also provided with a pair of openings, 20, one of which can be connected with a feed water pipe, 55, and the other of which can be closed or be closed. 'connected, if desired, to a drain pipe, capable of being closed, by which accumulations of solids can be carried away.
So that the water chamber B is in communication with the surrounding space, delimited by the jacket 18, the body 12 is provided, on its top, with one or more openings 21a from where, in the case where the boiler is
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used in a system for the production of water vapor or vapors, as shown in fig. 1, rise from the tubes 21 preferably passing through the jacket 18 and closed by plugs 21. However, these tubes are hermetically sealed to the jacket 18 and have, in their walls, a certain number of openings 25 to allow steam to pass through space C, between the upper parts of the body 12 and the jacket 18.
In the upper part of the jacket 18 are provided apertures 24 to which are connected the steam lift tubes 57. As shown in fig. 1, there is also provided on the jacket a safety valve 52, a pressure gauge 53, which can be connected to one of the plugs 51b and which can also be connected, by a pipe 55a, with the water pipe of supply 55, and an automatic lower water level controller, 54, f which can be connected to said pipe 55a.
In the case where the boiler is to be used with a hot water heating system, instead of a steam generator system as described above, the parts are arranged so that they can easily be converted. In this case, the openings 24, for the rise of steam, are closed by caps (although the latter are not shown in fig. 10) and a different type is provided for the openings 21a. tubes 21, These do not have, then, steam openings 25 but are full and extend into the openings of the jacket 18, being radially spaced, and they open into the tubes
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hot water ascent, 22 (fig.
10 and 11), which can be interconnected by a manifold 23.
However, the apparatus shown in Figs. 4, 5 and 6 can be used for steam generating systems as well as for hot water systems without any modification of the assembly. It would suffice, in the case of a hot water system, to connect together by a suitable manifold, as has been said previously, the steam lifting tubes 57. In the case of a steam generating system, return 56 is coupled to jacket 18 at substantially mid-height thereof and preferably descends from the point where it is thus connected to the jacket. Apart from these minor changes, the boiler is the same construction for both steam and hot water. In any case, the return can have a rectangular section so that the whole assembly can be housed in a jacket of minimum dimensions.
In most cases of domestic use) it will probably be desirable to incorporate in the boiler a means for heating hot water intended for the needs of the house and, for this reason, such means is shown incorporated in the boiler. 'apparatus. This means (see figs. 1, 4, 5, 13 and 14) can take the form of a box or rear base, 45, arranged to be secured to the left end, or outlet, of the transfer device. of heat when seen as in figs. 1 and 4.
This box 45 is substituted for the plate or sheet 15, and is secured to the rear end of the boiler in any suitable manner, as shown in Figs. 1 and 4. It is established so as to present two
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chambers 45a and 45b, the first of which, which opens out through the wall of the box, extends in an arc of a circle to align with the exhaust outlet in an arc of a circle 17a to form a gas manifold. The box has, at the opening of the chamber 45a, a flanged exhaust passage, 45c, which delimits this opening and the purpose of which will appear below.
The chamber 45b, located above the chamber 45a, is closed, as shown in figs. 4 and 5, to receive hot water from the boiler which can circulate therein by means of fittings 44 connected to the chamber 45b and passing through the jacket 18. One or more hot water coils, 46, are disposed in chamber 45b and are connected by pipes 46a to, for example, a suitable hot water tank, not shown. Coils 46 may, if desired, be mounted on plates 4.6 bolted to the box to allow them to be easily removed and put in place, the wall of the box being provided with manholes 45d of sufficient dimensions to allow the introduction, through them, of the one or more coils 46.
A vent tube 48 may extend from the top of chamber 45b to a point adjacent to the top end of liner 18 or, preferably and as shown in FIG. 5, the upper fittings 44 can be connected to the chamber high enough so that an air pocket does not form in the casing. A suitable regulator 47, such as an "Aquastat", is preferably associated with the casing to control, independent of other apparatus, the temperature of the water in the boiler and the casing.
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Secondary air inlets 49, of suitable size and in suitable number, are provided for the combustion chamber A and, as shown in FIGS. 1, 12 and 12a, open into this chamber A through the rear end wall 15c, and, in the case where the box 45 is used, the latter is established so as to offer passages 49a which continue the entries 49 and which are controlled by means of suitable registers 50 to regulate the passage of secondary air through them.
These passages 49a also serve as manholes through which the combustion chamber can be monitored.
The exhaust passage 45c is connected to an exhaust pipe 37 which goes to the inlet side of the casing 38 of an exhaust fan 38a which, actuated by a suitable electric motor 39, is arranged so as to be removable. through the side of the casing 38. This fan serves to remove the combustion products from the apparatus and to discharge them into an exhaust duct 42 with which can be associated a suitable exhaust 43, which, in turn, is when c 'is necessary coupled to a chimney (not shown).
The motor 39, actuating the fan 38a, also actuates, preferably, a fuel pump 40 which delivers fuel, through a conduit 41, to the inlet valve and to the nozzle 26a (fig. 7) of the burner that the motor. 'we will describe.
It is well to draw attention, at this point, to the fact that the combustion chamber A is preferably formed by lining or coating the inner body 10 with a mass 11 of refractory material which, if it is
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desired, can be made of blocks formed in advance and which is preferably just of sufficient thickness to ensure that it will stand on its own and tend to remain in intimate contact with the interior face of the body 10. A thickness suitable for this purpose. The refractory lining will be, for example, 9.5 mm, which will provide a wide margin of safety against rupture while allowing the easy transmission of heat to the water chamber B through the inner body 10.
The mass of refractory material naturally acts as a catalytic agent and by forming recesses 111 'in its surface, a factor is thus found to be provided which contributes to radiant energy. These recesses 11 'should preferably, as shown in FIG. 1, be in a region well spaced from the inlet end of the combustion chamber so as not to tend to create excessive turbulence of the flame.
The front, or inlet, end of the inner body 10 is open and the burner is located there and operates in cooperation with an annular Venturi device 28, preferably in the form of a refractory ring mounted inside the. body 10 and at the inlet end thereof. The actual burner comprises, as is more clearly shown in figs. 7, 8 and 9, the nozzle .36 and the electrodes 27 which ignite the fuel leaving this nozzle.
A plate 29a, carried by the face of the Venturi device 28., Is provided with a series of fins 29, arranged in a spiral, which abut against an annular plate 30, secured by bolts 33 to the plate. 29a, and which serve to direct secondary air, following a helical path in the Venturi device, as
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this will be specified later. The air thus directed is regulated by an adjustable collar 35 carried by the annular plate and circumscribing the fins 29 in such a way that it can be moved with respect to the latter to adjust the size of the air inlets between these fins.
The annular plate 30 has an internal circumferential rim which supports, so that it can slide therein, a cylindrical cage 31 (fig. 7), the internal end of which has the shape of a Venturi device in the part flared towards the end. 'outside of which there are a number of slots 32. The outer end of the cage 31 has an outer flange for supporting a spaced tray 34 which is secured thereto by bolts 33a. The plate 34 supports the inlet valve 26, which passes through it in its center, as well as the electrodes 27.
The primary air for the burner passes through the space existing between the plate 34 and the rim of the cage 31, then through the latter, and is controlled or regulated by means of a movable collar 36, which slides through- above the outer edge of the rim of said cage by moving towards or away from the plate 34 as circumstances may require.
The aforementioned slits 32 also preferably extend tangentially and cause the air passing through them to rotate approximately parallel to the direction of the air currents which the presence of the fins 29 rotates. It will be noted that the whole burner can be removed from the boiler as a whole; it suffices for this to separate the fuel supply pipe 41 from the conductors going to the electrodes and to remove the bolts 33.
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The operation of the burner will be described in detail later.
As has been said, the operation of the described construction is controlled so as to always ensure safe and efficient operation of the system.
Electrical power is supplied (see Figs. 1 and 2) by high current lines 58 and 58a which go to the various control mechanisms and the circuit, which will be described, comprises a hand switch 59. The mechanism The control unit comprises a local thermostat 60 ', a combustion safety switch or "exhaust pipe controller" 60, the "Aquastat" 47 or its equivalent, a fuel valve, 63, magnetically controlled, a dash-pot relay 63 ', a transformer 61 and a safety switch 66. The system also preferably includes a lower water level controller switch,
54, a limit controller switch, 54a, such as a pressure controlled switch to the boiler,.
in the case of steam, a temperature-sensitive switch, in the case of hot water, or a switch suitable for use in a steam system, depending, of course, on the type of heating system we're dealing with. The switch 60 is associated with the combustion chamber or the exhaust pipe ± and is of the kind which obeys or reacts to the heat of the combustion products to close a circuit in which the electric motor is associated, after the combustion of the fuel has been initiated. Safety switch
66 is of the time type and includes a mercury tube which is mounted on an arm 64 capable of oscillating.
This interrup-
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tor 66 operates, in the event of an initial fault in ignition or a combustion deficiency after ignition, to interrupt the circuit of the engine in order to prevent inadvertent operation of this engine when the circumstances do not justify this Operation Said switch is arranged to be opened by retraction of a bent bar 65a which is capable of being bent or bent by a resistance loop, or heater, 65, which in the case where it is not bypassed by the closing of the switch 60, overheating and thus arches the bar 65a.
The lower level controller 54 operates, in the event that there is insufficient water volume in the jacket 18, to interrupt the motor circuit. The limit controller switch 54a likewise acts to interrupt the motor circuit when a predetermined pressure or temperature is reached at the boiler, even if the local thermostatic switch 60 'remains closed.
It will be noted from the diagram of the electrical conduits shown in FIG. 2, that the local thermostatic switch 60 ', the lower level controller 54, the boiler level controller 54a, the heating resistor, 3 and the electric motor 39 are in series, thus forming one of the components. engine circuits. However, it will also be noted that the safety switch 60, for combustion, is shunted around the heating resistor 65 so that, when this switch closes when combustion is established, this resistor 65 is switched off and made inoperative.
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The transformer 61, which supplies energy to the ignition electrodes 27 is connected in the main circuit of the engine so that substantially upon closing of this circuit, the electrodes 27 operate. These electrodes may be of the type operating continuously, that is to say operating continuously while the engine is running; or, if desired, they can be operated intermittently through a suitable control mechanism (not shown).
It is preferable that fuel is not supplied to the burner nozzle until the engine and hence the fan 38a have picked up speed and, for this, the fuel supply line 41 is on. view of a magnetically actuated interception valve
63, which is controlled by a connected solenoid coil 63a / motor circuit; however, the circuit to coil 63a preferably includes a switch. mercury tube 68 which keeps this circuit open until after the engine has picked up speed.
This switch can be pivoted for actuation by a 63 'slow-acting dash-pot relay, which is caused to operate by the action of a 63c solenoid coil which is connected directly into the motor circuit and acts immediately. when closing said circuit.
If desired, an anti-interference device 62 can also be connected in the control circuit, as shown in fig. 2.
It goes without saying that the various switches such as 60, 60 ', 54a, 66 and 68 may be of any type.
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suitable conch. In addition, other suitable control circuits can be employed using some, any, of the switches and control devices discussed above, or using all of them.
Further, the fuel valve 63 can be controlled, instead of the relay 63 ', by the pressure of the fuel passing through the line 41; or else, if desired, it can be controlled by the draft conditions in the combustion chamber, which can be done by providing one of the secondary air inlets 49, as shown in FIG. 17, of a valve 67 which is associated with the mercury switch 68 so that after the fan 38a has reached its normal speed, the normal suction of air actuates the valve 67 and closes the switch. 68.
Of course, the instant the degree of suction on valve 67 falls below a predetermined minimum, the circuit for the fuel valve is reopened by switch 68. Another desirable way of operating the fuel valve to delay the fuel supply is shown in Fig. 16, where the motor 39 is of the split-phase type and the winding comprises the solenoid coil µ / of the fuel valve. Naturally, when the engine comes up to speed, the coil 63a is energized to open the fuel valve 63 while, as soon as the engine circuit is interrupted, this valve 63 closes.
There are obviously many other ways to check. For example, and as shown in FIG. 15, the valve 67, on which the switch 68 is mounted, could be associated with the
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intake head and especially with the main air passage thereof. In this case, this head will be closed by a plate 34 'having an inlet opening 34 "with which the valve 67 cooperates. The seat for this valve should preferably be inclined beyond the vertical and an adjustment screw 67 ′ can be associated with the valve to cooperate with the seat in order to prevent complete closure of this passage.
Additionally, the valve may be provided with a counterweight 67 "so as to normally assume, in the idle state of the parts, a suitable position. Of course, once operation has started, the air passage, through the cage 31 will be so large that, at the moment when the parts reach the operating speed, the valve is attracted on its seat = as far as this is allowed by the adjustment screw 67 '- and that, in As a result, switch 68 will close to allow the fuel valve to open.
In the operation of the apparatus and of the control system provided for it, it should be noted that, due to the closing of the local thermostatic switch 60 ', or of the "Aquastat" 47 that it is possible to use, in summer, to control the operation of the rear water box for the production of hot water, current is supplied by the conductors 58 and the motor circuit closes, which activates the motor 39, the fan 38a and the fuel pump 40 and instantly causes, via the transformer, sparks to pass between the electrodes 27 at the same time as fuel is pumped to the fuel valve
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63.
The latter, because of its delayed action, as described above, will not open until the engine has taken its normal speed. At this moment, the valve 63 opens and allows, due to the fuel pressure created by the pump 40, the fuel to be projected from the nozzle 26a where it is instantly ignited by the electrodes 27, already in action, and a flame is then projected, in a manner which will be described later, into the combustion chamber A. The hot combustion products passing through the exhaust pipe heat the thermal means of the combustion control switch 60, causing the latter to close. At the same time as the system starts to operate, current flows through the heating resistor 65.
Switch 60 is set to close before resistor 65 becomes hot enough to influence arched bar 65a and, when it closes, thus turns resistor 65 off and makes it inoperative. The normal operation of the system is thus started and the fuel is projected until the moment when the local thermostatic switch 60 'opens the circuit, or until the switches 54 or 54' open the motor circuit. . As soon as this circuit is opened, the valve 63 closes and prevents any subsequent projection of fuel into the combustion chamber.
If, when the engine begins to operate, the combustible mixture does not ignite, in which case the switch 60 does not close its circuit, or if, after ignition, there is a combustion deficiency, in which case the switch opens due to cooling
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of its thermal control means, the continued flow of current through the heating resistor 65 causes the bar 63a to arch after a predetermined period of time and allows the safety switch 66 to open, which interrupts the motor circuit and causes the motor to stop. This is a safeguard against a discharge of unlit fuel into the combustion chamber. The safety switch 66 must be closed by hand before the system can be restarted.
In the event that combustion fails and the combustion chamber is hot, restarting operation causes a spark to be produced before the fuel mixture is again projected into the combustion chamber, which ensures as well as unlit fuel will not be thrown into the hot combustion chamber which, in the absence of the aforementioned safeguard, could result in a serious explosion.
It is obvious that the primary air enters between the plate 34 'and the rim of the cage 31, as shown in FIG. 15. This air serves to cool the nozzle 26a and provides the initial fuel mixture by supporting the fuel as it leaves the nozzle. Naturally, the formation of the mixture will be greatly favored by the venturi device forming a part of the cage 31 and it is obvious that the nozzle can be adjusted so that it occupies just the desired position with respect to to this device. The resulting flame will normally be straight or, as we say in industrial parlance, "ponytail".
However, due to the fact that
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the slots 32 preferably extend tangentially, a certain amount of secondary air admitted between the spiral fins 29 will mix with the primary air and act on the fuel mixture to cause the fuel mass to take a helical path . Also soon after that, the fuel mass meets the secondary air passing beyond the air cage 31 which has received a twisting action by virtue of the fins 29. Due to the fact that the outer end sheet 15d, which closes the collector 17, is preferably an extension of the plate 29a associated with the refractory ring 28, the secondary air. passing through the fins 29 will be heated to a significant degree.
This secondary air will mix with the combustible mixture which at this point begins to burn and the helical, or twisting, action of the combustible mixture, which has been produced by the air passing through slots 32, will then be accelerated. In this way, air turbulence is reduced to a minimum and a homogeneous mixture results where the fuel particles are very finely divided and intimately mixed with the air. The resulting flame has been found to follow a helical path through the combustion chamber A and additionally tends to rotate axially on itself. As a result, with a combustion chamber having a length of only 61 cm, a flame having, in fact, approximately 9.30 m long will be produced.
In addition, due to the way in which the combustible mixture is formed and is introduced into the combustion chamber, a high density gas film layer is formed. In this way, although the
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centrifugal force serves to ensure the privacy of the contact between the combustible mixture and the refractory lining 11, a direct impact is effectively avoided, notwithstanding the fact that full advantage can be taken of the catalytic effect as well as of the re-radiating energy which results from the recesses 11 'or their equivalents. This combustion is accelerated by the surfaces at high temperature and the phenomenon of surface combustion occurs, whereby the combustion products have an intense temperature.
As has been said above, the adjustment of the flow rate and of the proportions of the combustible mixture can be easily achieved not only by moving the collars 35, 36 or their equivalents, but also by moving the cage 31 relative to the nozzle and / or compared to the Venturi device constituted by the refractory ring 28. The nozzle is kept in a relatively cold state due to the circulation of the primary air, which prevents cracking of the fuel, with deposits and clogging of the nozzle which would be the consequence, due to the reflex heat of the combustion chamber. Since the fuel valve 63 preferably closes before the fan has ceased to operate, it is evident that the nozzle 36 and associated parts are still further safeguarded.
Even during times when the fuel valve is closed following a period of intense activity, it has been found that sufficient air passes over and around nozzle 26a to keep it relatively cool. . this air can thereafter rise through the slits 32 and escape between the fins 29.
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In addition, since the fuel valve 63 does not preferably open when the engine is running, it is thus possible to have a perfect flame and good combustion, from the moment of the actual ignition. .
Conversely, with the fuel valve 63 closing before the blower has ceased to operate, no
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excess; de r << tx1 <, un c; ù: Uouat1b10, u'ura .1 ', clnJ': ".luii :. the combustion chamber and this is swept away from all combustion products during the slowing down of the speed of the As a result, petroleum odors will not be perceptible and the appliance will be free of soot.
Normally, the intensely hot combustion products contact the rear wall 15c of the combustion chamber and thus serve to heat the fluid passing through the hot water coil 46 to a maximum degree. These combustion products are then diverted from bottom to top to pass into the upper series of tubes 13 and, from there, to the manifold passage 17.
The combustion products pass from top to bottom in the pascale 17 thendanc the lower series of tubes 13a and discharge in the passage 17a and in the exhaust chamber 45a formed in the rear box 45.
In the latter, these combustion products then pass into the fan casing 38 from where they are discharged into the exhaust duct 42. By having the exhaust fan preferably located below the point of effective heat transfer and adjacent to the most trapped point of the combustion products path, it has been found that no natural draft is required. In
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As a result, the appliance can be installed as desired, without the need for a chimney.
In addition, the fan acts, when not rotating, like a valve to prevent the passage of air beyond this point into the combustion chamber. This is accentuated by the fact that the hot gases would have to descend in order to escape into the exhaust duct 42. Accordingly, cooling of the apparatus resulting from passage of air through it after the fuel spraying has ceased is prevented and heat loss is thus minimized.
It has been found that, although the calorie release in this apparatus reaches about 2660 per dm3, instead of about the usual 400, the temperature at the exhaust duct or pipe remains low and therefore the temperature. fan will not warp. Thus, by having the fan disposed at the exhaust end of the apparatus, it is possible to always obtain a perfect combustible mixture. In other words, in the operation of this apparatus it is desirable to employ a graduated mixture and this mixture should include a large amount of oxygen at the time of start-up.
As surface combustion and catalytic action occurs, the supply of oxygen must be reduced to ensure the maintenance of maximum temperatures and, by the time the combustion chamber reaches operating temperatures, the volume. oxygen must be reduced even further. In a conventional oil burner in which the fan is located at the ex-
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At the inlet end, the air volume is substantially constant at all times so that the above factors cannot be taken into account. In fact, the opposite of desired operation occurs because, with the exhaust pipe relatively cold, relatively little or no suction occurs at the intake end.
However, as the temperature of the exhaust duct increases, the suction increases and thereby more oxygen penetrates into the intake end of the combustion chamber, after running temperatures have risen. been reached, only at the time of start-up. Consequently, the conventional plant does not burn efficiently, and smoke and odors as well as carbonization result, as well as poor efficiency due to unburned fuel particles being formed. discharged in the exhaust duct. However, by having the fan arranged as described in connection with the present apparatus, it is evident that these disadvantages are remedied and that an ideal condition is not only approached, but actually achieved.
This is due to the fact that although the volume of fluid passing through the fan always remains substantially constant, this volume is represented, at the time of start-up, by relatively cold gases and is represented, after that working temperatures have been reached by gases at maximum temperatures, which necessarily have a larger volume. In this way, when starting up, a maximum amount of air enters the intake end of the
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combustion chamber, but the amount of air gradually decreases to automatically maintain the exact proportions as the parts approach operating temperatures.
Of course, any tendency towards a vacuum is broken by the primary air and the desired air and fuel velocities necessary for complete combustion are maintained by the blower by operating it at its maximum static pressure.
In the case where it is practicable, in any particular installation, to use secondary combustion, this effect can be obtained by admitting air through the passages 49, opening the registers 50 to the desired degree.
If, due to some poor fit of the parts, soot occurs, this can be immediately remedied by providing air supercharging at the intake end and thus pormotting, to the deposits being broken up and d '' be taken away from the appliance by the operation of the fan 39. In fact, one can, if desired, remove the entire flame-producing mechanism and run the fan to act as a vacuum cleaner and suck the deposits into the exhaust duct.
It is evident that by having the parts arranged in the manner described, the combustion chamber and the entire boiler are kept under tension. As a result, there will be no trouble with leaking vapors, odors or dirt. Due to the constant voltage factor, the device is also independent of the chimney conditions and it is possible to use
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narily considered to be practicable. Further, as discussed previously, the hot gases sweep toward the ventilator instead of moving away from it, thereby minimizing the severity and danger of back puffs.
In addition to the above, noisy operation resulting from a "roar" or "hum" of the flame is substantially eliminated regardless of the difficulty of the draft conditions.
By virtue of the existence of the jacket 18, the feed water is reheated and, in addition, ample quantities are available for passage through the openings 19 to prevent any possibility of entry. drying out of the boiler as a result of the rapid vaporization which occurs in an apparatus of this kind. In the case of a hot water heating system, as in fig.
10, the application of the risers 22 and their arrangement with respect to the pipes 21 are such that ample circulation occurs even when the manifold 23 is closed, otherwise this would be the case if no radiator was desired. does not provide heat but if the appliance was operated with the aim of providing an ample supply of hot water for domestic use.
In the case of water vapor and vapor systems, any entrained moisture will instantly be released and deposited in the jacket 18 due to the preferably baffled position of the openings 24 relative to the tubing 21. Due to the location of the openings, in the jacket 18, to which the return 56 is connected, neither oil nor grease can enter the boiler itself because, in order to do so,
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they would have to go down. This return also prevents direct recirculation of water from jacket 18.
Naturally, any substance, contained in the water, which is liable to form scale or encrustations is deposited on the inside of the jacket.
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oxt'J1'iouro il ot uur leu f '; arm axt6J "i Olll'O of the external oorpH 12, so that this substance will not strike on the heating surfaces of the boiler itself. Naturally, the gases of the hottest combustion passes through the tubes 13 of the upper series, adjacent to the vapor development area, so that this ensures dry steam. The combustion products passing through the tubes] ¯3¯ of the series, or beam, lower pass into that part of the boiler where the water contained therein is coldest, which thus ensures greater heat transfer, tending to increase the efficiency of the boiler.
In all the embodiments of the boiler which are shown, the steam which does not escape is captured, before exhaust, by the riser pipes 57, which thus ensures dry steam. On the other hand, in the case of a hot water system, the heating fluid passes directly through the riser, or riser tubes, so that the boiler then acts as a pump to ensure rapid circulation. through the system.
In the event that it is not desired to employ the water box 45, the exhaust pipe 37, which communicates with the fan casing 38, can then be placed in direct communication with the arc gas outlet of
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circle 17a, at the discharge end of the device. In this case, a good supply of hot water, for domestic use, can be ensured by using abutments 51, shown in FIG. 11, which are, for example, associated with the outer face of the body 12 and which have passages for the circulation of the water to be heated.
As shown in fig. ô, the upper surface of body 12 may be flat, as indicated at 69; in this way, a maximum reserve of hot water is offered in a place adjacent to the upper level and, in addition, a maximum surface steam intake space is provided. As is also indicated in this fig. , at 70, the tubes can be flattened if desired.
With regard to figs. 20, 21 and 22, it will be noted that, as shown in FIG. 20, instead of the body 77 being circular, with tubes extending therefrom, the upper face of this body may be interrupted and continued in the form of substantially vertical side walls 78, which may be in contact with the inner face of the body. the outer jacket 18, or be firmly attached thereto. Vents 79 are formed in the side walls in question for the purpose of equalizing the pressure.
Suitable sheets, 80, can be placed inside the jacket 18 and the short risers 57 to prevent moisture from escaping through them. Of course, if the side walls 78 are of sufficient height, these sheets will be unnecessary in this form of construction.
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In figs. 21 and 22, the outer body 81 has cut out corner portions, 82, delimited by rising walls 83 which are spaced from the inner face of the jacket 18 to the desired degree to allow the passage of water vapor and vapors. . In this way, there is again a separator or trap which prevents any excessive amounts of moisture from passing through the riser pipes.
As shown in Figs. 18 and 19, the electric motor control of the appliance will normally be mounted in such a way as to prevent the transmission of vibration and noise and the assembly: motor, fan and pump can be mounted on a platform 71 supported in turn by columns 72 on a carriage 73. The latter can be isolated, by rubber pads or cushions 74, from the frame 75. The carriage can also be adjusted longitudinally to the frame by, for example, a bolt-and-slot mounting. In addition, it is possible, thanks to this construction, after having disconnected the supply return lines and the electrical connections, simply remove the bolts 76 and remove the whole motor drive as a whole. .
Referring to figs. 23 and 24, it will be noted that the support frame, 100, of the apparatus may have bars forming rails, 84, on which are mounted, so as to be able to slide, angles 85 connected by assembling devices. 86 to carriage 73. In this way the entire carriage, carrying with it the entire operating mechanism and associated controls, can be removed as a single group.
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With regard to the assembly devices 86, which are more clearly shown in FIG. 24, they preferably comprise parts 87 and 88, of U-shaped section, between which is interposed a buffer 89, of rubber or other suitable material damping vibrations. 'In this way there is no metal-to-metal contact between the carriage 73 and the frame and, as the weight of the mechanism is transmitted to the rubber pads 89, they happen to work in shear, which makes that minimum vibration and noise is transmitted.
It will be understood, of course, that as regards the control mechanism and its support, this mechanism may not necessarily be disposed under the boiler but could be placed in the desired position to best meet the requirements of any given installation. This will in no way affect the operating principle involved or the advantages deriving from the mechanism. However, by mounting the operating mechanism below the boiler, a compact construction is obtained which can be completely enclosed in a suitable, pleasant-looking envelope in order to conceal the various parts of the mechanism.
It will thus be noted that the boiler and the burner constitute an efficient system, automatically controlled, in which a rapid and efficient combustion of the fuel takes place thanks to a re-radiation of the heat and in which dry live steam is obtained by the passage hottest combustion products at a location adjacent to the region of vapor development and
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due to the large heating surface in relation to the volume of water in the boiler. In addition, due to the suction draft, a positive control of the primary and secondary air supply is ensured, and due to the arrangement of the various parts, high temperatures at the exhaust pipe are eliminated and the establishment of A clean fire during a cold start is ensured.
It has been found that in such an apparatus the calorie release per cubic decimetre of fireplace volume is equivalent to 2660 while in an ordinary boiler the release is simply 400 calories per cubic decimetre of fireplace volume. The following results, taken from operational tests, shed light on this point.
1) the ratio of heating surface area to the weight of the boiler is ten square decimetres for just under seven kilograms; .3) the volume ratio of the fireplace to the heating surface is one cubic decimetre for seventy square decimeters;
3) the ratio of heating surface area to water content of the actual boiler is ten deci-- square meters per 1.125 kg;
4) The ratio of boiler weight to flow rate in equivalent square decimetres reaches the figure of 40 g. per square decimetre of cast iron radiation.
The air speed through the air register and the Venturi device reaches 140 cubic meters per minute and as a result of this high speed it is
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makes a perfectly proportioned combustible mixture, so that the flame, traveling through the combustion chamber, gives the above results. Thus, the high calorie release is accomplished, it being evident that contributing factors are the particular way the flame is forced to travel, plus the small volume of focus and the re-radiation of the refractory ring.
In conclusion, it will be noted that some of the figures represent various embodiments of the invention. Small design differences have not necessarily been described in detail as they are obvious to those involved. Each of these constructions is based on the same principle and the differences in construction are, in some respects, simply changes which appear desirable and evident in different installations.
Obviously, many modifications and rearrangements of the parts and their controls could be made without this having to be considered as a departure from the spirit of the invention.