<Desc/Clms Page number 1>
"Avant-foyer pour chaudières, fours ou autres appareils similaires"
Les avant-foyers actuellement existants se classent en deux catégories : ceux à axe horizontal, cylindriques, dans lesquels la circulation de lteau de refroidissement par thermo- siphon est très peu active et ceux à axe vertical, de forme pris- matique où cette circulation est plus intense, mais qui, au voisi- nage des arêtes vives présentent de brusques changements de di :- rection, provoquant des chutes de vitesse' et des remous dans le courantd'eau de refroidissement,
Ces deux catégories présentent les mêmes inconvénients de surchauffes looales et d'entartrage rapide, particulièrement au voisinage des lignes de soudure., qui sont la source d'avaries fréquentes.
De plus, les avant-foyers à axe horizontal ont un encombrement important en avant des chaudières.
<Desc/Clms Page number 2>
La présente invention concerne un avant-foyer pour chaudiè- res à vapeur ou à eau chaude, fours ou appareils similaires, basé sur un principe entièrement différent, qui permet d'échapper aux inconvénients ci-dessus.
Cet avant-foyer est caractérisé par une enceinte cylindri- que à axe vertical, à double enveloppe à circulation d'eau, for- mant chambre de combustion, et raccordée à l'appareil d'utilisa- tion : chaudière ou four; disposition qui assure, par suite de l'activité des mouvements de convection de l'eau chaude le long des parois verticales, une circulation intense et régulière par thermo-siphon de l'eau de refroidissement, évitant les surchauffes locales et les entartrages, et qui en même temps réduit au mini- mum l'encombrement de l'avant-foyer en avant de la chaudière, ce qui facilite l' équipement des chaufferies de chauffage central, d'immeubles ou d'appartements.
L'invention s'étend à cette caractéristique générale en elle-même, que l'avant-foyer soit alimenté automatiquement en combustible solide par gravité, soit qu'il fonctionne avec un brûleur au mazout ou à gaz.
L'invention concerne aussi un sodé de réalisation de l'avant-foyer précédent caractérisé par une tuyère à étages mul- tiples d'amenée d'air dans l'enceinte à axe vertical formant cham- bre de combustion, ces étages pénétrant à des profondeurs diffé- rentes dans l'enceinte, de sorte que les becs de cette tuyère, disposés en gradins, soient à des distances à peu près constantes de la surface libre du combustible, cette disposition assurant ainsi à la fois une très large ventilation et une combustion en couche mince, d'épaisseur sensiblement uniforme, facilitant le maintien d'une dépression convenable dans le foyer, et permettant de réduire au minimum la dépense de force motrice nécessaire à la propulsion de l'air comburant.
Cette disposition coopérant en outre avec la forme cylindrique verticale de l'enceinte, pour réa- liser un avant-foyer très ramassé, occupant un emplacement minimum pour une puissance calorifique déterminée devant la chaudière qu'il équipe.
<Desc/Clms Page number 3>
L'invention concerne aussi, d'une manière générale, dans un avant-foyer ou un foyer quelconque, une tuyère à étages multiples d'amenée d'air, cette tuyère formant monobloc et étant montée de façon amovible dans l'enceinte de l'avant-foyer, les étages, disposés en gradin de cette tuyère, pénétrant à des pro- fondeurs différentes dans la masse de combustible et à une distance peu près constante de la surface extérieure de celui-ci, à tous les étages, cet ensemble amovible pouvant être aisément mis en place dans l'enceinte, puis retiré pour visites, réparations, é- ohanges, eto....
L'invention concerne aussi un avant-foyer caractérisé parce que la .tuyère est montée dans l'enceinte formant chambre de combustion, de manière que son plan médian x x' fasse avec le plan médian y y' de la buse de sortieun angle fortement supérieur à 90 et avec le plan médian z zt de la porte de visite, un angle très inférieur au premier, ce qui d'une part assure un acheminement aisé des gaz enflammés, sans coude brusque et presque sans change- ment de direction, vers la buse de sortie et d'autre part évite tout retour de flammes vers la porte de visite.
Un autre avant-foyer conforme à l'invention est carac- térisé par la combinaison avec une même buse de plusieurs tuyères réparties sur la périphérie de l'enceinte formant chambre de com- bustion, de telle sorte que le courant de gaz enflammés résultant de l'action combinée de ces tuyères, se dirige naturellement vers de buse sans aucun risque de retour de flammes vers la porte.
L'invention concerne aussi d'autres caractéristiques ci-après décrites et leurs diverses combinaisons.
Des avant-foyers confirmes à l'invention sont repré- sentés à titre d'exemple sur les dessins ci-joints dans lesquels : - La figure 1 est une vue en perspective de l'ensemble d'une chaudière de chauffage central et d'un avant-foyer conforme à l'invention.
- La figure 2 est une coupe verticale de l'avant-foyer par un plan diamétral passant par la ligne II - II de la figure 1.
- La figure 3 estune coupe horizontalede l'avent-
<Desc/Clms Page number 4>
foyer suivant la ligne III - III de la figure 2.
- La figure 4 est une vue en perspective du corps de foyer à double enveloppe nu, sans son embase indépendante et avant montage des pièces accessoires : tuyère, goulotte, portes, etc....
- La figure 5 représente une coupe verticale, à plus grande échelle, du dispositif de réglage de l'épaisseur de la couche de combustible au-dessus des tuyères.
- La figure 6 est une coupe partielle de la figure 5 suivant la ligne VI - VI de celle-ci.
- Les figures 7 et 8 sont respectivement une coupe transversale et une coupe longitudinale de la tuyère monoblôc, à étages multiples, à refroidissement par air, dont on trouve une coupe longitudinale à plus petite échelle dans la figure 2.
- La figure 9 est une coupe de la buse de racoordement de l'avant-foyer à la chaudière et de réchauffage de l'air secon- daire additionnel.
- Les figures 10 et LL sont deux vues de face et de profil d'une tuyère à étages multiples, d'une réalisation diffé- rente, à refroidissement par eau.
- La figure 12 donne le schéma de circulation de l'eau de refroidissement de l'embase indépendante et de la tuyère à lames d'eau des figures 10 et 11.
- La figure 13 est une coupe verticale axiale d'un autre avant-foyer conforme à l'invention.
- Les figures 14 et 15 représentent deux plans-coupes d'avant-foyers conformes à l'invention, montrant la disposition des tuyères sur la périphérie d'avant-foyers de moyenne et grande puissance.
L'avant-foyer représenté par les figures de 1 à 6, est constitué de trois groupes d'organes essentiels, & savoir :
1 ) L'enceinte formant chambre de combustion.
2 ) La tuyère à étages multiples d'admission d'air.
3 ) La buse de raccordement de l'avant-foyer à la chaudière et de réchauffage de l'air additionnel.
L'enceinte 1 formant chambre de combustion est constituée
<Desc/Clms Page number 5>
par une double paroi métallique cylindrique verticale à circula- tion d'eau, fermée à sa partie supérieure par un fond à double enveloppe soudé sur celle-ci et faisant corps avec elle, ce double fond étant refroidi par la même circulation dteau et portant la tubulure 3 de sortie d'eau réchauffée.
L'autre extrémité du corps tubulaire à un seul fond ainsi constitué et qui se présente sortant de fabrication et avant montage sous la forme d'un gobelet renversé échancré (figure 4), repose sur une embase rapportée indépendante 4 avec interposition d'un joint étanohe aux gaz, Cette embase est constituée ici par un fond à double enveloppe à circulation d'eau.
Le corps tubulaire ou cylindre foyer est découpé par diverses ouvertures ménagées dans la double enveloppe (figure 4), pour recevoir les organes complémentaires décrits ci-après, qui viennent s'y embotter et s'y ajouter, c'est à dire la tuyère à étages multiples et la goulotte de descente du combustible, placée au-dessus d'elle, la porte de décrassage et la buse de raccordement,
L'enceinte cylindrique formant chambre de combustion est alimentée automatiquement en combustible provenant d'une tré- mie 5 par une goulotte de descente du charbon 6 au-dessus de la- quelle se trouve monté un distributeur 7, avec obturateur 8, des- tiné à régler la descente du combustible et à isoler quand il y . a lieu la trémie du foyer;
l'obturateur 8 fonctionnant comme un robinet à passage direct.
La goulotte 6 d'amenée du combustible est munie d'un moyen de réglage qui règle la hauteur du talus naturel d'éboule- ment du combustible et par suite l'épaisseur de la couche de ce dernier à traverser par l'air de combustion, en fonction de sa nature et de sa perméabilité. Ce,-moyen de réglage est par exemple réalisé (figures 5 et 6) par un bec coulissant 61 solidaire d'un curseur 6, se déplaçant le long d'une échelle graduée fixe, dispositif qui permet de contrôler à tout instant la hauteur de l'arête inférieure de la goulotte 6 qui forme seuil de déversoir inversé et par suite de régler à la demande, la hauteur du talus et l'épaisseur de la couche mince de combustible.
<Desc/Clms Page number 6>
Cette disposition d'enceinte cylindrique à axe vertical à double enveloppe à circulation d'eau, présente de multiples avan- tages, vis à vis des avant-foyers connus, verticaux ou horizontaux, notamment les suivants :
1 ) elle procure une circulation intense et régulière par thermo-siphon de l'eau de refroidissement, beaucoup plus active que sur les appareils cylindriques horizontaux, le déplacement naturel de l'eau par différence de densité étant plus rapide sur une paroi verticale que sur une paroi horizontale, d'où refroidis- sement optimum des parois du foyer, ce qui met celui-cià l'abri de toute détérioration causée par les températures très élevées d'une combustion à allure poussée, et suppression d'une source importante d'entartrages.
D'autre part, par suite de l'absence des arêtes vives des foyers prismatiques et des ouvertures étroites pratiquées dans les foyers connus pour les entrées d'air de com- bustion, cette disposition équilibre les efforts internes dûs à la dilatation et supprime les autres sources d'entartrages.
Ainsi, l'avent-foyer décrit ci-dessus se trouve à l'abri des avaries fréquentes occasionnées, par ces différentes causes, surchauffes locales et entartrages, aux autres avant-foyers actuels.
2 ) Le disposition ci-dessus adoptée permet de réduire au minimum l'encombrement de l'avant-foyer en avant de la chaudière, comme il est visible sur la vue perspective figure 1, le cylindre vertical prenant bien moins de place que celui placé horizontalement et la forme cylindrique réduisant l'emplacement pris et facilitant au surplus l'accès à la façade pour la visite et les ramonages de la chaudière.
3 ) Enfin, la constitution de l'enceinte par une double enve- loppe cylindrique, à axe vertical, fermée à la partie supérieure par un fond à double paroi, faisant corps avec cette double enve- loppe, ouverte à la partie inférieure et reposant à cette extrémité sur une embase indépendante réalisée sous forme d'un fond-à double enveloppe, rend plus accessible les soudures à exécuter sur le fond supérieur et le long des ouvertures ménagées dans l'enceinte pour recevoir les tuyères, la buse et la porte de visite.
<Desc/Clms Page number 7>
Le dispositif d'introduction d'air dans la chambre de combustion est constitué par une tuyère 9, à étages multiples 91, 92, 93, à refroidissement par air, alimentée en air sous très faible pression provenant d'un ventilateur 30, par l'intermédiaire d'un collecteur 10.
La forme de cette tuyère, dont les becs s'avancent en gradins vers la base du tube foyer, est établie de façon à répar- . tir l'air de combustion en nappes sensiblement horizontales et parallèles et à le faire déboucher à chaque étage d'insufflation à une distance à peu près constante de la surface libre du combus- tible 3,
Grâce à la ventilation très abondante, et largement diffusée dans toute la masse du combustible, et à l'épaisseur faible et régulière de celui-ci à traverser par le vent sur toute la hauteur du talus, cette disposition assure une combustion en couche mince, complète et uniformément répartie, avec la consom- mation minimum de force motrice et facilite le maintien d'une dépression convenable dans le foyer.
Les conditions optima de cette combustion permettent de brûler à l'intérieur du foyer les combustibles les plus divers; quelles que soient leur teneur en matières volatiles, leur format et leur perméabilité.
Cette disposition coopère en outre avec la forme oylin- drique verticale de l'enceinte formant chambre de combustion, pour réaliser un avant-foyer très ramassé occupant un emplacement mini- mum devant la chaudière qu'il équipe.
La tuyère à étages multiples est avantageusement consti- tuée par un ensemble monobloo métallique, monté de façon amovible dans l'enceinte de ltavant-foyer, cet ensemble amovible pouvant être mis aisément en place et retiré pour vérification, échange ou réparation.
Cette tuyère monobloc à étages multiples est générale- mentconstruite (figures 7 et 8) en forme de caisson comportant plusieurs voiles ou plateaux superposés, lisses ou nervures 71. p 72,73, disposés a peu près horizontalement et entre lesquels sont
<Desc/Clms Page number 8>
ménagées les lumières ou fentes de soufflage par lesquelles l'air est insufflé par le ventilateur en plusieurs nappes approximative- ment parallèles.
Cette tuyère, dont la section longitudinale rappelle le profil de la grille à gradins est refroidie par la circulation mené de cet air de combustion,
Le raccordement de l'enceinte de combustion 1 de l'avant- foyer avec la chaudière est réalisé au moyen d'une buse 11, repré- sentée en détail sur la figure 12, qui est en soi conforme celle déjà décrite dans le brevet français du demandeur n 870.003 du 13 février 1941.
La buse de raccordement 11 répond au double but de rac- corder la chambre de coribustion du foyer à l'intérieur de la chau- dière (laquelle joue alors le rôle de chambre de détente des gaz) et d'assurer l'introduction d'une quantité convenable d'air addi- tionnel sur les gaz enflammés à leur débouché du foyer, après son réchauffage à une température assez élevée pour provoquer ltinflam- mation certaine de tous les composés volatils combustibles qui pourraient subsister dans lesdits gaz.
Pour répondre à ce dernier objet, cette buse comporte des dispositifs appropriés d'aspiration et de réchauffage d'air secondaire et présente une sections très inférieure à la section intérieure de l'enceinte de combustion de l'avant-foyer.
Du fait de cette réduction de section et de l'accroisse- ment de vitesse prise par les gaz dans la buse, il se produit une dépression notable autour.de la veine gazeuse dans la zone où celle-ci subit son/étranglement [maximum, dépression grâce à laquel- le l'air secondaire additionnel est aspiré spontanément et débouche dans cette zone par les orifices 13, ménagés à cet effet, à l'abri de lèvres spéciales 14, destinées à empêcher l'introduction des suies par ces orifices.
La buse est constituée par deux sections accolées, le section arrière dite de réchauffage 15, et la section avant dite de distribution 16, lesquelles sont entourées d'une enveloppe tubu- laire ménageant une chambre extérieure de préchauffage 17, cette
<Desc/Clms Page number 9>
chambreextérieure de préchauffage comportant une entrée d'air spontanée commandée par clapet équilibré 18, généralement doublée d'une Entrée d'air soufflée par le ventilateur, La section de réchauffage 15 de la buse communique par une ouverture appropriée avec la chambrede préchauffage constituée par l'enveloppe exté- rieure, elle est munie d'ailettes pour faciliter la transmission de chaleur et le réchauffage intense de l'air additionnel.
Cette section de récheuffage communique d'autre part avec la section de distribution dans laquelle l'air additionnel accomplit son dernier parcours avant d'accéder aux orifices 13 et de déboucher sur la vaine gazeuse, animé d'un fort mouvement tourbillonnaire, communiqué par ses parcours circulaires succes- sifs, favorable à son mélange intime avec les gaz chauds.
La section de distribution elle-même se raccorde à la chambre cylindrique de combustion du foyer par une surface conique 11, de façon à diminuer la résistance opposée à l'écoulement des gaz, par suite de leur changement de direction et de la réduction de leur section de passage.
Grâce à ces diverses dispositions, l'air secondaire réchauffé dans les trois sections est en traînéà l'intérieur de la buse, suivant f.l, sous l'effet de succion provoqué par la réduc- tion de section, et débouche en tourbillonnant par les orifices 13 sur la veine f.2 de gaz brûlés provenant de la chambre de com- bustion, assurant de ce fait la combustion complète de toute trace de gaz combustible pouvant subsister dans la masse gazeuse enflammée provenant du foyer.
Par suite de cette opmbustion complète, la buse ci- dessus décrite, coopère avec l'ensemble de l'enceinte cylindrique formant chambie ce combustion et avec les tuyères à étages mul- tiples, pour constituer un avant-foyer de rendement optimim et par suite d'encombrement minimum pour une puissance donnée,
L'enceinte 1 formant chambre de combustion comporte également une porte de visite et de décrassage 20 (figure 3).
Conformément à la présente invention, la tuyère 9, la buse 11 et la potte de visite 20 occupent, les unes par rapport
<Desc/Clms Page number 10>
aux autres, les positions relatives particulières représentées sur la figue 3.
Le plan médian x x' de la tuyère 9 fait un angle obtus de 120 à 1400 environ, avec le plan médian y y' de la buse et un angle,4 inférieur au précédent et Généralement voisin de
90 avec le plan z z' de la porte de visite, les positions res- pectives de ces trois plans médians étant bien visibles sur la fignne 3.
Cette disposition assure l'avantage suivant : Les gaz chauds provenant de la combustion dans l'avant-foyer soit as- pirés, à leur débouché du tas de combustible,par le tirage natu- rel de la cheminée et s'acheminent ainsi aisément vers la sortie du foyer,c'est-à-dire vers la buse,sans coudes brusques et presque sans changement de direction.
Etant donné la position du plan médian de la porte par rapport au plan médian de la tuyère et l'écoulement naturel des gaz vers la buse,tout retour de flammes vers cette porte devisite est pratiquement impossible.
On peut apporter de nombreuses modifications à l'avant- foyer ci-dessus décrit à titre d'exemple,principalement ence qui concerne la construction, le nombre et la position des tuyères à étages multiples, suivant la puissance calorifique del'avant-feyer, l -Aulieu de prévoir une tuyère 9 à étages multiples à refroidissement dtair, on peut également prévoir (figures 10 et 11) un ensemble pouvant être dénommé tuyère à lames dteau,constitué par plusieurs pièces métalliques creuses à bec arrondi 211 zl2 213 214,superposées, reliées les unes aux autres,à chacune de leurs extrémités, par des bôltes collectrices 23, entre lesquelles sont ménagées les passages 9,9, 1 293 pour l'introduction de l'air provenant du ventilateur.
L'ensemble est parcouru parun courant d'eau de refroidissement provenant de l'embase 4 pénétrant par l'orifice inférieur 24 d'un des collecteurs, circulant dans les différents étages de la tuyère, quittant cette tuyère par lorlfice supérieur 25 du collecteur opposé, et se rendant enfin dans la canalisation de départ de la chaudière ou dans le circuit général
<Desc/Clms Page number 11>
d'eau chaude ou de vapeur ( figure 12 ).
Ce mode -de circulation de l'eau de refroidissement des tuyères à lames d'eau offre une très grande efficacité à cause de l'extrême activité de cette circulation due au fait que l'eau est prise dans l'embase au point le plus bas de toute l'installation où elle est la plus froide et soumise aux plus faibles tempéra- tures et se trouve amenée directement dans les différents étages des tuyères d'où elle repart après échauffement sur le collecteur de départ de la. chaudière, c'est à dire au point de débouché du fluide à plus haute température. On réalise ainsi entre la prise et la sortie dteau de refroidissement, le plus grand écart de tem- pérature donnant au thermo-siphon son énergie dynamique maximum.
2 - On peut également construire la tuyère à étages multi- ples à refroidissement d'air sous une forme différente de celle décri- te plus haut et représenté figures 1,?,8,9,10; par exemple, lif- gure 13) sous forme. d'une tuyère centrale symétrique 30 à conduit axial d'introductioin d'air 31 avec deux rangées d'orifices super- posés 321 322 323 disposés de part et d'autre du conduit axial, un plateau supérieur 33 à dos arrondi recouvrant l'étage supérieur de soufflage et facilitant une répartition uniforme des grains de char- bon sur les deux flancs de la tuyère.
Cette tuyère est alors placée dans 1 taxe de l'avant-foyer cylindrique., emboîtée dans un logement approprié, ménagé dans l'embase 4, et elle est alors surmontée dtune goulotte 6 desservie par trémie centrale.
3 - Tandis que les appareils de petite puissance ne comportent comme le foyer précédemment décrit et représenté (figures de 1 à12) qu'une seule tuyère à étages multiples 9,les avant-foyers plus importants possèdent deux ou plusieurs tuyères, surmontées chacune dtune goulotte d'alimentation de- combustible et convenablement ré- parties sur la périphérie du tube foyer.
La figure 14 représente par exemple en plan un autre avant-foyer conforme à l'invention et caractérisé par deux tuyères 9a et 9b, à étages multiples, disposées de part et d'autres du plan médian y yt qui passe par la buse de sortie des gaz brûlés et lar la porte de visite, ces deux tuyères 9a et 9b étant dispo-
<Desc/Clms Page number 12>
sées de manière que leurs plans médians xx' fassent avec la direc- tion de l'axe de la buse x' y' un angle obtus Ó, tandis que l'angle fait avec l'axe de la porte de visite x' y est aigu et nettement inférieur à l'angle précédent.
Ainsi, les deux veines de gaz enflammés fe et fb qui débouchent de la zone des tuyères se trouvent naturellement aspirées par le tirage de la cheminée, vers la buse 11 et se réunissent entre elles suivent deux courants convergents, sans coudes brusques et sans se contrarier, éliminant ainsi tout risque de retour de flammes vers la porte de visite et de décrassage 20.
La figure 15 représente un autre avant-foyer conforme à l'invention possédant trois tuyères 9a, 9b, et 90, convenablement disposées. Ces trois tuyères donnent naissance à des courants de gaz enflammés ta, fb et fo, dont la résultant* R1, sous l'influ- ence prépondérante de l'entraînement provoqué par le courant fb, est dirigé vers le buse de raccordement 11, de sorte que ce cou- rant Rl de gaz enflammés s'achemine naturellement vers la buse, sans coude brusque et presque sans changement de direction, tout retour de flammes vers les portes de visite 201 et 202 étant de ce fait rendu impossible.
Enfin, la forme du foyer et son mode de fonctionnement peuvent également être nodifiés.
D'une part, le foyer peut affecter une forme légèrement tronconique au lieu de la forme normale complètement cylindrique, avec un angle au sommet du cone très faible.
D'autre part, l'avant-foyer peut fonctionner entièrement par tirage naturel, soit en augmentant les sections de passage de l'air, à la fabrication, soit en cours de fonctionnement, en réduisant au moyen du réglage de l'arête de la goulotte, l'épais- seur de la couche mince traverser par l'air de combustion.
En résuné, on réalise, conformément à l'invention., un avant-foyer d'un encombreuent minicum, pour chaudières de chauffage central ou autres applications pouvant s'adapter également à des fours qui assure une combustion aussi régulière et aussi complète que possible, avec une dépense minime de force motrice.
<Desc / Clms Page number 1>
"Pre-hearth for boilers, ovens or other similar apparatus"
The currently existing pre-fires fall into two categories: those with a horizontal axis, cylindrical, in which the circulation of the cooling water by thermosiphon is very inactive and those with a vertical axis, of prismatic shape where this circulation is more intense, but which, near the sharp edges, present abrupt changes of direction, causing drops in speed and eddies in the cooling water current,
These two categories have the same drawbacks of looales overheating and rapid scaling, particularly in the vicinity of weld lines, which are the source of frequent damage.
In addition, the front fires with horizontal axis have a large space in front of the boilers.
<Desc / Clms Page number 2>
The present invention relates to a fore-hearth for steam or hot water boilers, ovens or the like, based on an entirely different principle, which avoids the above drawbacks.
This fore-hearth is characterized by a cylindrical enclosure with a vertical axis, with a double casing for circulating water, forming a combustion chamber, and connected to the appliance for use: boiler or oven; arrangement which ensures, as a result of the activity of the convection movements of the hot water along the vertical walls, an intense and regular circulation by thermo-siphon of the cooling water, avoiding local overheating and scaling, and which at the same time reduces to a minimum the size of the fore-hearth in front of the boiler, which facilitates the equipping of central heating boiler rooms, buildings or apartments.
The invention extends to this general characteristic in itself, whether the fore-hearth is automatically supplied with solid fuel by gravity, or whether it operates with an oil or gas burner.
The invention also relates to a soda for the production of the preceding fore-hearth characterized by a nozzle with multiple stages for supplying air into the chamber with a vertical axis forming a combustion chamber, these stages penetrating to different depths in the enclosure, so that the nozzles of this nozzle, arranged in steps, are at approximately constant distances from the free surface of the fuel, this arrangement thus ensuring both a very wide ventilation and a combustion in a thin layer, of substantially uniform thickness, facilitating the maintenance of a suitable depression in the hearth, and making it possible to reduce to a minimum the expenditure of motive force necessary for the propulsion of the combustion air.
This arrangement also cooperates with the vertical cylindrical shape of the enclosure, to produce a very compact fore-hearth, occupying a minimum location for a determined heat output in front of the boiler that it equips.
<Desc / Clms Page number 3>
The invention also relates, in general, in a fore-hearth or any hearth, a multistage nozzle for supplying air, this nozzle forming a single piece and being removably mounted in the chamber of the 'fore-hearth, the stages, arranged in steps of this nozzle, penetrating at different depths into the mass of fuel and at a more or less constant distance from the outer surface thereof, at all stages, this set removable that can be easily set up in the enclosure, then removed for visits, repairs, exchanges, etc.
The invention also relates to a fore-hearth characterized because the .tuyère is mounted in the enclosure forming a combustion chamber, so that its median plane xx 'forms with the median plane yy' of the outlet nozzle at an angle greatly greater than 90 and with the median plane z zt of the inspection door, an angle much less than the first, which on the one hand ensures easy delivery of the ignited gases, without abrupt bends and almost without change of direction, towards the nozzle exit and on the other hand avoids any return of flames towards the inspection door.
Another fore-hearth according to the invention is characterized by the combination with the same nozzle of several nozzles distributed over the periphery of the enclosure forming a combustion chamber, so that the stream of ignited gases resulting from the combined action of these nozzles is naturally directed towards the nozzle without any risk of flames returning to the door.
The invention also relates to other characteristics described below and their various combinations.
Pre-fires confirmed with the invention are shown by way of example in the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a perspective view of the assembly of a central heating boiler and of a fore-hearth according to the invention.
- Figure 2 is a vertical section of the fore-hearth by a diametral plane passing through the line II - II of Figure 1.
- Figure 3 is a horizontal section of the advent
<Desc / Clms Page number 4>
focus along line III - III of figure 2.
- Figure 4 is a perspective view of the fireplace body with bare double jacket, without its independent base and before mounting the accessory parts: nozzle, chute, doors, etc ....
- Figure 5 shows a vertical section, on a larger scale, of the device for adjusting the thickness of the fuel layer above the nozzles.
- Figure 6 is a partial section of Figure 5 along the line VI - VI thereof.
- Figures 7 and 8 are respectively a cross section and a longitudinal section of the single-piece, multi-stage, air-cooled nozzle, a longitudinal section of which can be found on a smaller scale in Figure 2.
- Figure 9 is a section through the nozzle for connecting the front fireplace to the boiler and for reheating the additional secondary air.
- Figures 10 and LL are two front and side views of a multi-stage nozzle, of a different embodiment, with water cooling.
- Figure 12 gives the flow diagram of the cooling water of the independent base and of the water blade nozzle of Figures 10 and 11.
- Figure 13 is an axial vertical section of another fore-hearth according to the invention.
- Figures 14 and 15 show two sectional planes of fires in accordance with the invention, showing the arrangement of the nozzles on the periphery of medium and high power foci.
The fore-focus represented by figures 1 to 6 is made up of three groups of essential organs, namely:
1) The enclosure forming the combustion chamber.
2) The multi-stage air intake nozzle.
3) The nozzle for connecting the firebox to the boiler and for heating the additional air.
The enclosure 1 forming the combustion chamber is formed
<Desc / Clms Page number 5>
by a double vertical cylindrical metal wall with water circulation, closed at its upper part by a double-cased bottom welded to it and integral with it, this double bottom being cooled by the same circulation of water and carrying the reheated water outlet pipe 3.
The other end of the tubular body with a single bottom thus formed and which comes out of production and before assembly in the form of a notched inverted cup (Figure 4), rests on an independent attached base 4 with the interposition of a seal gas-sealed, This base consists here of a double-cased bottom with water circulation.
The tubular body or hearth cylinder is cut out by various openings made in the double casing (Figure 4), to receive the additional members described below, which come to fit together and add to it, i.e. the nozzle. multi-stage and the fuel descent chute, placed above it, the scouring door and the connection nozzle,
The cylindrical enclosure forming the combustion chamber is automatically supplied with fuel coming from a hopper 5 by a coal descent chute 6 above which is mounted a distributor 7, with shutter 8, intended to regulate the descent of the fuel and to isolate when there is. the fireplace hopper takes place;
the shutter 8 functioning as a valve with direct passage.
The fuel feed chute 6 is provided with an adjustment means which regulates the height of the natural collapse of the fuel and consequently the thickness of the layer of the latter through which the combustion air passes. , depending on its nature and its permeability. This adjustment -means is for example achieved (Figures 5 and 6) by a sliding spout 61 integral with a slider 6, moving along a fixed graduated scale, a device which allows to control at any time the height of the lower edge of the chute 6 which forms an inverted weir threshold and consequently regulates the height of the slope and the thickness of the thin layer of fuel on demand.
<Desc / Clms Page number 6>
This arrangement of a cylindrical enclosure with a vertical axis with a double casing with water circulation, has multiple advantages, with respect to known vertical or horizontal front fires, in particular the following:
1) it provides an intense and regular circulation by thermo-siphon of the cooling water, much more active than on horizontal cylindrical devices, the natural displacement of water by density difference being faster on a vertical wall than on a horizontal wall, where optimum cooling of the walls of the hearth, which protects the latter from any deterioration caused by the very high temperatures of high-speed combustion, and elimination of a significant source of 'scaling.
On the other hand, due to the absence of the sharp edges of the prismatic hearths and of the narrow openings made in the hearths known for the combustion air inlets, this arrangement balances the internal forces due to the expansion and eliminates the other sources of scaling.
Thus, the vent-hearth described above is sheltered from the frequent damage caused by these various causes, local overheating and scaling, to other current front-fires.
2) The above arrangement adopted makes it possible to reduce to a minimum the size of the fore-hearth in front of the boiler, as can be seen in the perspective view in figure 1, the vertical cylinder taking up much less space than the one placed horizontally and the cylindrical shape reducing the location taken and also facilitating access to the facade for inspection and cleaning of the boiler.
3) Finally, the constitution of the enclosure by a double cylindrical casing, with a vertical axis, closed at the top by a double-walled bottom, forming part of this double casing, open at the bottom and resting at this end on an independent base made in the form of a double-cased bottom, makes the welds to be carried out on the upper bottom and along the openings made in the enclosure to receive the nozzles, the nozzle and the door more accessible visit.
<Desc / Clms Page number 7>
The device for introducing air into the combustion chamber consists of a nozzle 9, with multiple stages 91, 92, 93, air-cooled, supplied with air at very low pressure from a fan 30, by the 'intermediary of a collector 10.
The shape of this nozzle, the nozzles of which advance in steps towards the base of the hearth tube, is established so as to repar-. firing the combustion air in substantially horizontal and parallel layers and causing it to emerge at each blowing stage at an approximately constant distance from the free surface of the fuel 3,
Thanks to the very abundant ventilation, and widely distributed throughout the entire mass of the fuel, and to the low and regular thickness of the latter to be crossed by the wind over the entire height of the embankment, this arrangement ensures combustion in a thin layer, complete and evenly distributed, with the minimum consumption of motive power and facilitates the maintenance of a suitable vacuum in the fireplace.
The optimum conditions for this combustion allow the most diverse fuels to be burned inside the hearth; whatever their volatile matter content, their format and their permeability.
This arrangement also cooperates with the vertical oylin- dric shape of the enclosure forming a combustion chamber, to produce a very compact fore-hearth occupying a minimum position in front of the boiler which it equips.
The multistage nozzle is advantageously constituted by a metal monobloo assembly, removably mounted in the enclosure of the fore-hearth, this removable assembly being able to be easily put in place and removed for checking, exchange or repair.
This monobloc multi-stage nozzle is generally constructed (Figures 7 and 8) in the form of a box comprising several superimposed webs or trays, smooth or rib 71. p 72,73, disposed approximately horizontally and between which are
<Desc / Clms Page number 8>
the blowing slots or slots through which the air is blown in by the fan in several approximately parallel layers.
This nozzle, whose longitudinal section recalls the profile of the stepped grid is cooled by the driven circulation of this combustion air,
The connection of the combustion chamber 1 of the fore-hearth with the boiler is made by means of a nozzle 11, shown in detail in FIG. 12, which in itself conforms to that already described in the French patent. Applicant No. 870.003 of February 13, 1941.
The connection nozzle 11 fulfills the dual purpose of connecting the combustion chamber of the hearth inside the boiler (which then acts as a gas expansion chamber) and of ensuring the introduction of gas. a suitable quantity of additional air on the ignited gases at their outlet from the hearth, after it has been reheated to a temperature high enough to cause certain ignition of all the combustible volatile compounds which may remain in said gases.
To meet the latter object, this nozzle comprises appropriate devices for suction and reheating of secondary air and has a section much smaller than the interior section of the combustion chamber of the fore-hearth.
As a result of this reduction in section and of the increase in speed taken by the gases in the nozzle, there is a notable depression around the gas stream in the zone where the latter undergoes its / constriction [maximum, depression thanks to which the additional secondary air is spontaneously sucked in and opens into this area through the orifices 13, provided for this purpose, protected by special lips 14, intended to prevent the introduction of soot through these orifices.
The nozzle is formed by two contiguous sections, the so-called rear reheating section 15, and the so-called distribution front section 16, which are surrounded by a tubular casing providing an outer preheating chamber 17, this
<Desc / Clms Page number 9>
external preheating chamber comprising a spontaneous air inlet controlled by a balanced valve 18, generally coupled with an air inlet blown by the fan, The reheating section 15 of the nozzle communicates through a suitable opening with the preheating chamber constituted by the The outer casing is fitted with fins to facilitate the transmission of heat and the intense heating of the additional air.
This reheating section communicates on the other hand with the distribution section in which the additional air completes its last path before accessing the orifices 13 and leading to the gaseous vacuum, animated by a strong vortex movement, communicated by its successive circular paths, favorable to its intimate mixture with hot gases.
The distribution section itself is connected to the cylindrical combustion chamber of the hearth by a conical surface 11, so as to decrease the resistance to the flow of gases, as a result of their change of direction and reduction of their gas. passage section.
Thanks to these various arrangements, the secondary air heated in the three sections is dragged inside the nozzle, according to fl, under the suction effect caused by the reduction in section, and opens out by swirling through the orifices. 13 on the stream f.2 of burnt gases coming from the combustion chamber, thereby ensuring the complete combustion of any trace of combustible gas that may remain in the ignited mass of gas coming from the hearth.
As a result of this complete opmbustion, the nozzle described above cooperates with the whole of the cylindrical enclosure forming this combustion chamber and with the multiple-stage nozzles, to constitute a forehearth of optimum efficiency and consequently. minimum bulk for a given power,
The enclosure 1 forming the combustion chamber also comprises an inspection and cleaning door 20 (FIG. 3).
According to the present invention, the nozzle 9, the nozzle 11 and the inspection post 20 occupy, relative to each other
<Desc / Clms Page number 10>
to the others, the particular relative positions shown in fig 3.
The median plane x x 'of the nozzle 9 makes an obtuse angle of approximately 120 to 1400, with the median plane y y' of the nozzle and an angle, 4 smaller than the previous one and generally close to
90 with the plane z z 'of the inspection door, the respective positions of these three median planes being clearly visible on line 3.
This arrangement provides the following advantage: The hot gases coming from the combustion in the fore-hearth are sucked, at their outlet from the pile of fuel, by the natural draft of the chimney and are thus easily conveyed towards the exit of the hearth, that is to say towards the nozzle, without sharp elbows and almost without change of direction.
Given the position of the median plane of the door with respect to the median plane of the nozzle and the natural flow of gases towards the nozzle, any return of flames towards this door is practically impossible.
Numerous modifications can be made to the fore-hearth described above by way of example, mainly with regard to the construction, number and position of the multi-stage nozzles, depending on the calorific power of the avant-feyer, l -Instead of providing a multi-stage air-cooled nozzle 9, it is also possible to provide (Figures 10 and 11) an assembly which can be called a water-blade nozzle, consisting of several hollow metal parts with rounded spouts 211 zl2 213 214, superimposed , connected to each other at each of their ends, by collecting boxes 23, between which are formed the passages 9, 9, 1 293 for the introduction of air from the fan.
The whole is traversed by a stream of cooling water coming from the base 4 entering through the lower orifice 24 of one of the manifolds, circulating in the different stages of the nozzle, leaving this nozzle through the upper orlfice 25 of the opposite manifold. , and finally going to the boiler outlet pipe or to the general circuit
<Desc / Clms Page number 11>
hot water or steam (figure 12).
This mode of circulation of the cooling water of the water-blade nozzles offers very high efficiency because of the extreme activity of this circulation due to the fact that the water is taken in the base at the most bottom of the entire installation where it is coldest and subjected to the lowest temperatures and is brought directly to the different stages of the nozzles from where it leaves after heating up on the outlet manifold of the. boiler, that is to say at the outlet point of the fluid at higher temperature. The largest temperature difference is thus achieved between the cooling water intake and the outlet, giving the thermosiphon its maximum dynamic energy.
2 - The air-cooled multi-stage nozzle can also be constructed in a form different from that described above and shown in FIGS. 1,?, 8,9,10; for example, lif- gure 13) in the form. a symmetrical central nozzle 30 with an axial air introduction duct 31 with two rows of superimposed orifices 321 322 323 arranged on either side of the axial duct, an upper plate 33 with a rounded back covering the upper blowing stage and facilitating a uniform distribution of the carbon grains on the two sides of the nozzle.
This nozzle is then placed in 1 tax of the cylindrical fore-hearth., Nested in a suitable housing, provided in the base 4, and it is then surmounted by a chute 6 served by a central hopper.
3 - While the small power devices have, like the hearth previously described and represented (figures from 1 to 12) only one multiple-stage nozzle 9, the larger front-fires have two or more nozzles, each surmounted by a chute fuel feed and suitably distributed around the periphery of the fire tube.
FIG. 14 represents for example in plan another fore-hearth according to the invention and characterized by two nozzles 9a and 9b, with multiple stages, arranged on either side of the median plane y yt which passes through the outlet nozzle burnt gases and lar the inspection door, these two nozzles 9a and 9b being available
<Desc / Clms Page number 12>
sized so that their median planes xx 'form with the direction of the axis of the nozzle x' y 'an obtuse angle Ó, while the angle made with the axis of the inspection door x' y is acute and significantly lower than the previous angle.
Thus, the two streams of flaming gas fe and fb which emerge from the zone of the nozzles are naturally sucked by the draft of the chimney, towards the nozzle 11 and meet together following two converging currents, without sharp bends and without opposing each other. , thus eliminating any risk of flames returning to the inspection and cleaning door 20.
FIG. 15 shows another fore-hearth according to the invention having three nozzles 9a, 9b, and 90, suitably arranged. These three nozzles give rise to flaming gas streams ta, fb and fo, the resulting * R1, under the preponderant influence of the entrainment caused by the current fb, is directed towards the connection nozzle 11, from so that this stream Rl of ignited gases flows naturally towards the nozzle, without abrupt bends and almost without change of direction, any return of flames towards the inspection doors 201 and 202 being thereby rendered impossible.
Finally, the shape of the fireplace and its mode of operation can also be nodified.
On the one hand, the focus can take on a slightly frustoconical shape instead of the normal completely cylindrical shape, with a very small angle at the top of the cone.
On the other hand, the fore-hearth can operate entirely by natural draft, either by increasing the air passage sections, during manufacture, or during operation, by reducing by means of the adjustment of the cutting edge. the chute, the thickness of the thin layer through which the combustion air passes.
In summary, one realizes, in accordance with the invention., A fore-hearth with a minimum bulk, for central heating boilers or other applications which can also be adapted to ovens which ensures combustion as regular and as complete as possible. , with a minimal expenditure of motive power.