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MEMOIRE DESCRIPTIF DEPOSE @
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L' .,#:J?UI D"'Ul# DEtiANDE T E B R E 'l E T zi I N V E 1V T I 0 IV "Foyer de chaudière ou autres applications similaires, alimenté automatiquement par gravite-' en combustible slide".
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T.o3sieur Michel Aloys Antoine Désire ANTONI Priorité : brevet français n 893.585 demanda le 16 avril 1943
La présente invention est relative à un foyer de chau- dière, de fours ou autres applications similaires, alimenté par gravitaen combustible solide, ce foyer faisant corps avec les organes d'utilisation, tels que chambre de combustion, enveloppe et faisceau tubulaire de la chaudière.
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L* invention concerne un tel foyer caractérise par un tube foyer cylindrique (x XI) à axe vertical et une chemise d7eai;- de refroidissement faisant corps avec les organes d'utilisation tels que faisceau tubulaire de la'chaudière, une tuyère à étages
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multiples amenant l'air dans la chambre de combustion de tube- foyer cylindriques, les étages de cette tuyère pénétrant à des profondeurs différentes dans la masse de combustible en ignition et les becs de ces divers étages s'échelonnant en gradins sur une ligne , peu près parallèle au talus d'éboulement du combustible cette disposition assurant la combustion repliera et complète du combustible en couche mince et réduisant d'autre part l'en- combrement total de la chaudière,
ce qui est particulièrement in- téressant dans le cas des chaufferies de chauffage/central.
Un mode de réalisation est caractérisé parce que la tuyère à étages multiples est monobloc, est montre de façon amovible dans le tube foyer cylindrique , ce qui simplifie la fabrication et facilite le montage de cette tuyère et son dé- montage en vue de toute visite ou remplacement*
L'invention concerne aussi un foyer conforme aux préoé- dents et caractérisé par une tuyère centrale à étages multiples, disposés dans l'axe x x' du foyer, ces étages distribuant l'air de part et d'autre de cet axe x x'.
L'invention concerne aussi d'autres caractéristiques nombreuses ci-après décrites et leurs diverses combinaisons.
Plusieurs foyers pour chaudières conformes à l'invention sont représentés titre d'exemple sur les dessins ci-joints dans lesquels : - La figure 1 est une coupe verticale axiale d'un foyer conforme à l'invention, faisant corps avec une chaudière multitubulaire tubes de fumée.
- La figure 2 est une coupe horizontale de ce fayer suivant la ligne II - II de la figure 1.
- La figure 3 est une coupe iL plus grande échelle des tuyères suivant la ligne III - III de la figure 1.
- La figure 4 est une coupe verticale axiale d'un autre foyer pour chaudière conforme à l'invention, appliqua également à une chaudière multitubulaire à tubes de fumée.
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- La figure 5 est une coupe de ce foyer suivant la ligne v - v de la figure 4.
- Les figures 6 & 7 sont deux autres coupes vertica- les axiales de foyers conformes à l'invention, incorporés à des chaudières à tube d'eau genre Field.
La figure 8 représente la coupe verticale d'une cinquième chaudière équipée du même foyer, chaudière à tubes de fumée et retour de flammes.
- Enfin, la figure 9 est une coupe transversale d'un foyer conforme à l'invention équipant une chaudière en fonte à élémentssectionnés.
Le foyer de chaudière représenté sur les figures de Là
3 comporte les trois groupes d'organes essentiels snivants
1) le tube foyer
2) la tuyère
3) la buse de sortie des gaz brûlés.
Le tube foyer 1 est constitué par une enveloppe cylin- drique , axe vertical x x' à double paroi faisant corps avec la double enveloppe de la chaudière elle-même, l'eau de la chaudière circulant dans cette enveloppe pour en assurer le refroidissement,
Cette double enveloppe communique librement avec le faisceau tubulaire 2 de la chaudière, de sorte que toute la masse d'eau elle-même de cette chaudière concourt au remplissage de la double enveloppe et à son refroidissement.
Cette double enveloppe repose à sa partie inférieure sur un fond 3 formant embase et comportant généralement lui aussi une circulation d'eau de refroidissement..
L'enceinte du tube foyer ainsi constitué est échancré en 10 pour permettre la mise en place d'une porte de visite et de décrassage.
L'alimentation continue .par gravité du tube fo yer, en combustible solide, est assurée par deux goulottes 41 42 vertical es @ débouchant à la partie supérieure du foyer et alimentées par des
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trémies 5152 par l'intermédiaire des distributeurs 6 62. Le combustible s'écoule ainsi par gravité au fond du foyer. La hau- teur de l'arête inférieure de la culotte est réglable de façon à permettre l'adaptation de l'épaisseur du combustible à traverser par le vent suivant la nature de ce combustible.
Ce foyer comporte deux tuyères 7 à étages multiples 7 1 72 7 7 3 .... Chacune de ces tuyères étant alimentée par un col- lecteur 6 amenant l'air refoule par un ventilateur.
On voit nettement sur la figure 3 la co nstitution parti- 1 culière de la tuyère 7 à étages superposées 7 7- 7... Cette tuyère présente une très large section d'amende d'air dans le foyer. De plus, les becs des/divers étages de la tuyère qui pénè- trent à des profondeurs différentes dans la masse du combustible, s'échelonnent en gradins sur une ligne à peu près parallèle à la surface extérieure du talus d'éboulement du charbon dans le foyer*
Une buse de raccordement et d'admission d'air secondaire est interposée dans cette chaudière entre la chambre de combustion et le faisceau tubulaire.
Cette buse 11 d'admission d'air secon-
1 daire additionnel comporte une section 11 de réchauffage d'air
2 et une section 11 de sortie de cet air réchauffé. Cette buse présente d'ailleurs une section rétrécie s par rapport à la sec- tion S du foyer.. Elle est au surplus conforme à celle déjà décri- te dans lebrevet français du demandeur ne 870.003 du 13 Février 1941.
Ce foyer fonctionne dans l'ensemble de la manière sui-
1 2 vante: le combustible des trémies 5 5, descend par des goulottes 41 42 et s'éboule sur les tuyères 7 à étages multiples, en donnant naissance à des talus d'éboulement bien visibles sur la fig. 1.
L'air primaire souffléen 8 par le ventilateur suivant la flèche f.1 sort par les étages superposés de la tuyère 71 72. traverse suivant f.12 une couche de combustible d'épai sseur sensiblement constante et assure la combustion de ce combustible.@
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les gaz chauds montant verticalement suivant f.13 dans le tube foyer cylindrique, dont ils débouchent en f.2.
@e courant de gaz brûlés, par suite de sa vitesse dé- termine une succion et une aspiration de l'air additionnel ré- chauffé dans la buse 11 lequel sort suivant f.3 par des orifi- ces convenablement disposés.
Les gaz brûlés montent ensuite dans le faisceau tubulaire de la chaudière, y assurent le chauffage de l'eau et sa vaporisa- tion s'il y a lieu et sont enfin évacués vers la cheminée par un carneau 12.
Le foyer de chaudière ci-dessus décrit présente divers avantages et notamment les suivants:
1 - La combinaison de la forme cylindrique du tube-foyer 1 à refrcidissement d'eau et de la position verticale de son axe facilite la circulation de l'eau de refroidissement par thermo. siphon dans la double enveloppe de de tube foyer.
2. - D'autre party cette disposition permet de réduire au minimum possible l'encombrement total de la chaudière, ce qui est particulièrement intéressant dans le'cas de chaufferies de chauffage central.
3 - La tuyère à étages multiples permet d'amener l'air en nappes approximativement parallèles et horizontales, et de l'insuffler par une surface étendue dans la masse de combustible, à une distance faible et à peu près constante de la surface libre extérieure du talus de ce dernier. Grâse à la ventilation très abondante et largement diffusée dans toute la masse, et à l'é- de combustible à travers par le paisseur faible et régulière / du talus, cette disposition assure une combustion en couche mince complète et uniformément répartie, avec la consommation minimum de force motrice, tout en facilitant le maintien d'une dépression conv.enable dans le foyer.
Au surplus, elle réduit l'encombrement total'de la chaudière,par suite de la grande intensité de combustion obtenue, ,ce qui est particulière- ment intéressant dans le cas des chaufferies de chauffage central
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4 - Les tuyères à stages multiples 7 sont avantageuse- ment monoblocs et montres de façon amovible dans le tube foyer cylindrique 1, ce qui simplifie la fabrication et facilite le montage de cettetuyère et son démontage, en vue de toute visite ou re2placement.
5 - la buse 11 à section rétrécie permet d'obtenir une admission automatique de l'air secondaire réchauffé peu.tant l'arrêt du ventilateur. Elle assure une combustion aussi complète que possible des traces de gaz combustibles pouvant subsister d@ans les flammes. Cette caractéristique coopère également avec les précédentes pour assurer au foyer un rendement thermique ansei avantageux que possible. L'air additionnel réchauffé dans la buse peut d'ailleurs être soufflé par le ventilateur, ou alternativement être) souffle quand fonctionne celui-ci et pénétrer spontanément quand ce dernier est arrêté.
De nombreux autres types de foyers automatiques de chau- dières assez différents de celui qui vient d'être décrit, à titre d'exemple, peuvent être réalisés conformément à l'invention.
Les figures 4 et 5 représentent no tamment un autre mode de réalisation de ce foyers Ce foyer comporte comme le précèdent une enveloppe cylindrique 1 à axe vertical xx' et à circulation intérieure d'eau de refroidissement, qui fait corps avec le fais-
4 est prévue et disposée dans 1'axe du foyer. Ce 11 goulotte ceau 2 de la chaudière. Une goulotte unique est alimentée par une trémie unique 5 et un distributeur unique 6. Cette goulotte débouche au-dessus d'une tuyère 12 à étages multiples disposas dans l'axe du foyer, alimentée par une tubulure centrale connectée @ au ventilateur et présentant des étages qui distribuent lair de part et d'autre de l'axe du foyer.
Cette tubulure centrale est recouverte à sa partie haute par un toit 14 à deux versants qui faitdéverser le combustible de part et d'autre de l'axe vers les deux talus latéraux et vers les divers étages de soufflage.
-Plusieurs tuyères tubulaires 15 à ailettes, amènent
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l'air secondaire dans la chambre de combustion, après réchauffage de celui-ci à température assez élevée pour provoquer l'inflamma- tion certaine des gaz combustibles entraînes dans les flammes..
Le foyer ci-dessus décrit présente des avantages analo- gues à ceux du mode de réalisation des figures de 1 à 3 ; entre autres une combustion complète en couches minces¯, sans imbrûlés gazeux.
Il présente en outre les avantages accessoires ci-après :
1 - Cette disposition assure une symétrie presque coin- plète à l'appareil et par suite une répartition ausai uniforme que possible de la combustion dans tout le foyer*
2 - Elle diminue encore l'encombrement total en hauteur de la chaudière à alimentation automatique par suite de la suppres- sion de la buse et de son remplacement par des tuyères cylindri- ques à ailettes, d'insufflation d'air secondaire.
La figure 6 représente un mode de réalisation de l'in- vention tout à fait similaire à celui des figures de 1 à 3. Le foyer est appliqué ici à une chaudière à tubes d'eau genre Field évacuation des gaz brûlés par conduit de fumée central 17.
La figure 7 représente un autre mode de réalisation très voisin de celui de la figure 6 et qui se distingue seulement de celui-ci par lefait que les goulottes 41 42 d'aménagé de com- bustible,au lieu d'être disposées dans le corps même du tube foyer cylindrique et de la chaudière sont disposées à l'extérieur et alimentées par des trémies latérales 51 52 par l'intermédiaire das
1 2 distributeurs 6 6..
La figure 8 représente un mode de réalisation du foyer objet de la présente invention tout à fait analogue à celui ,des figures 4 et 5, appliqué à une chaudière multitubulaire à tubes en plus des dispositions de la chaudière des figures 4 et 5, de fumée, présentant/une enveloppe annulaire supplémentaire de circulation des gaz, avant évacuation de ceux-ci par/La cheminée.
Cette nouvelle disposition de ce générateur augmente
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encore le rendement thermique de celui-ci, les gaz' chauds étant dépouillés complètement de leur chaleur avant leur évacuation.
Elle offre également un important avantage en réduisant au strict minimum l'encombrement en hauteur et en diamètre. En effet, le faisceau tubulaire peut être fortement réduit par rapport aux chaudières analogues à marche manuelle, dans lesquelles on doit réserver au centre un magasin de combustible important qui di- minue le nombre des tubes et du fait de l'augmentation de la sur- face de chauffe apportée par le parcours supplémentaire des gaz, autour de la double enveloppe cylindrique à circulation d'eau.
La figure 9 représente un mode d'exécution du foyer de l'invention plus différent des précédents, appliqué à une chau ¯ dière en fonte à éléments sectionnés.
L'enceinte de combustion est constituée icipar les pa- rois même de la chaudière et le foyer est caractérisé par une tuyère centrale, à étages multiples 18, placée dans la partie médiane'et à la base de la chambre de combustion*-
Cette tuyère comporte une série d'orifices de soufflage étagés, disposés de part et d'autre d'un conduit creux vertical 13 placé dans le plan de symétrie de la chaudière, les becs de la tuyère, échelonnés en gradins débouchant au voisinage de la sur- face extérieure du talus de combustible, à une distance à peu près constante de celle-ci de sorte que la combustion s'opère en couche mince et quelle est rationnelle et complète. La tuyère centrale ci-dessus peut être construite en éléments sectionnés accolés pour s'adapter au mode de construction de la chaudière elle-même.
Ce foyer possède une goulotte 4 de descente de charbon à arêtes inférieures réglables au moyen de plaques coulissantes 20 dont la position est contrôlée par une cuseur 21 se déplaçan. le long d'une échelle graduée. Cette déposition qui règle la hauteur du seul de déversement du combustible permet d'adapter
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l'épaisseur de la couche de ce dernier à traverser par le vent, en fonction de la nature de ce combustible et de la perméabilité du talus qu'il constitue.
L'air de combustion accède au conduit central creux 13 de la tuyère par la partie inférieure de celle-ci après avoir cheminé sur un parcours important le long du carneau inférieur d'évacuation des fumées. Cette disposition permet d'utiliser un air comburant déjà. réchauffé en refroidissant jusqu'à l'extrême limite admissible les gaz chauds avant leur évacuation à la che- minée. Elle concourt avec la combustion complète en couche mince procurée par la tuyère à étages multiples, à assurer à la chau- dière, objet de la présente invention, un rendement optimum.
L'air distribué dans la chambre de combustion par la tuyère double y pénètre, soit sous l'effet du tirage de la che- minée pendant la marche au ralenti, soit sous l'action d'un ventilateur pendant la marche poussée, le moteur de ce ventila- teur étant mis en route et arrêté par l'action d'un thermostat ou d'un monostat. Ce moto-ventilateur peut fonctionner,ou bien par soufflage direct dans la tuyère ou bien par aspiration suivant le principe bien connu du tirage induit. Cette dernière disposition a l'avantage d'empêcher toute éventualit' de mise en surpression de la chambre de combustion en cas de fausse ma - no eu.vre.
Il est avantageux, dans ce oas, d'aménager les carneaux de fumée de la chaudière, de manière à réaliser trois ou quatre parcours successifs des gaz chauds de l'arrière vers l'avant 30 et 32 et de l'avant vers carrière 31, de façon à augmenter les surfaces d'échange calorifiques et à dépouiller les gaz de toute leur chaleur, ce qui concourt à augmenter le rendement thermique du générateur.