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CHAUDLERE A MERCURE.
La présente invention est relative à des chaudières à mercure ou autre substance similaire, dans lesquelles une grande partie des tubes chauffants est placée dans une chambre de convection située au dessus d'un tambour; les extrémités supérieures de ces tubes sont disposées de manière à recevoir le mercure chauffé des tubes placés dans la chambre de combustion et les extrémités inférieures de manière àndéverser un mé- lange de liquide et de vapeur dans ce tambour.
Ce type de chaudière peut opérer avec une quantité relativement faible de fluide; durant l'opé- ration d'allumage, seule les tubes de la chambre de combustion
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sont remplis tandis que les tubes de la chambre de convection sont vi- des; ces derniers ne reçoivent le fluide que morsque le mercure conte- nu dans les tubes de la chambre de combustion, se dilate et est expul- sé de ceux-ci.
Un objet de la présente invention est de fournir des chaudières à mercure ou à fluide similaire, de construction perfectionnée, opérant économiquement et efficacement avec une quantité de fluide relativement faible.
Un autre objet de l'invention est de fournir un tube chauffant per. fectionné permettant un accroissement sensible de la surface chauffante de convection d'une chaudière.
Un autre objet de l'invention est de fournir un dispositif perfec- tionné des tubes d'une chambre de combustion par lequel les murs de cet te chambre sont presque complètement recouverts avec un nombre minimum de tubes chauffants, des collecteurs peu nombreux et courts conduisant le liquide aux extrémités de ces tubes chauffants.
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nouvell de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemples et dans les- quels
La fig.l représente une vue en perspective, partiellement en cou- pe, d'une chaudière à mercure, objet de l'invention; la fig.8 est une vue en perspective, partiellement en coupe des parois de la chaudière; la fig.3 est une vue du détail d'une partie de la fig.l; la fig.4 représente le développement des circuits tubulaires et des parois de la chaudière de la fig.l; les tubes y sont représentés par des lignes pleines et uniques et les parois par des lignes en trait pointillés;
la fig.5 représente le circuit tubulaire, les tubes étant représen- tés par une ligne unique; la fig.6 est une autre vue d'un détail de la fig.l.
La chaudière illustrée à la¯:fig.2 est vue de l'arrière et cou- pée par un plan vertical passant par le centre de la chaudière
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et parallèle aux parois. Ces dernières comprennent une paroi frontale inférieure 10, une paroinfrontale supérieure 11, une paroi arrière 12 et les parois latérales 13 et 14. Les parois frontales inférieure et supérieure 10 et 11 sont reliées par une voûte inclinée 15. Les parties inférieures extrêmes des parois frontale et latérales sont reliées par un fond comprenant un fond incliné 16 reliant les faces latérales et la face arrière 12, un fond vertical 17 et un fond horizontal 18 relianl les parois latérales et la paroi frontale inférieure 10.
Un tambour cy- lindrique horizontal 20 est supporté dans et fixé à une ouverture 21 pratiquée dans la paroi frontale supérieure 11.
Les parties inférieures des parois latérales, frontale et arrière en dessous de la voûte 15 forment une chambre de combustion 22 et les parties supérieures de ces parois formènt une chambre de convection 23.
Des bruleurs (non indiqués) fournissant le combustible et l'air néces- saires au maintien de la combustion dans la chambre de combustion sont logés dans les parties inférieures des parois arrière, et frontale. Les parois de la chambre de combustion sont complètement recouvertes de tu- bes chauffants. La présente invention utilise quatre assemblages dis- tincts de tubes chauffants. Un assemblage est formé de tubes verticaux 24 placés contre la paroi frontale 10 et la voûte 15. Les extrémités inférieures de ces tubes sont reliées à un collecteur 25 recevant le liquide venant du tambour 20 par plusieurs tubes de descente 26, 27 et 28. Le tube de descente 26 est logé dans le coin formé par la paroi frontale 10 et la paroi latérale 13. La partie inférieure du tube 26 est de diamètre réduit et reliée à l'extrémité du collecteur 25.
Les autres tubes de descente 27 et 28 conduisent le liquide venant du tam- bour vers les parties intermédiaires du collecteur inférieur 25. Les tubes de descente sont logés à l'intérieur du four dans des rainures verticales pratiquées dans les parois de ce dernier. Ces tubes de des- cente sontnprotégés de la chaleur rayonnante par des gaines.
Un second assemblage de tubes chauffants 29 est placé contre le mur latéral 13 ; tubes sont inclinés et leurs entrées sont reliées pour recevoir le mercure du tube de descente mentionné plus haut 26.
Un certain nombre de tubes inclinés 29 recouvre la partie supé-
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-rieure de la paroi latérale 13 de la chambre de combustion et possède des parties verticales intermédiaires 30 et des parties extrêmes 31 inclinées dans une direction opposée à la direction d'inclinaison des tubes d'entrée et reliées au tambour 20.
Les tubes 29 comprennent deux tubes extrêmes inférieurs 32 et 33 dont le premier possède une partie verticale 34 placée derrière les au- tres tubes 29 et munie de plusieurs supports 34a (fig.6) qui supportent les tubes chauffants 29. Ce support peut être constitué, par exemple, par plusieurs joints reliant le tube vertical 34 aux tubes inclinés 29.
Le second des deux tubes inférieurs, portant le numéro de référence 33, possède une partie verticale 35 logée dans le coin formé par la paroi latérale 13 et la paroi arriere 12 et servant de support aux tubes 29.
Un troisième assemblage de tubes possède des parties recouvrant le fond incliné 16. Les entrées des tubes 36 sont reliées à un collecteur 37 vers lequel le liquide est amené par un conduit 38 le reliant au col- lecteur 25 mentionné plus haut.
Les deux collecteurs 25 et 37 et le conduit de liaison 38 sont pla- cés dans l'espace existant entre le fond vertical 17 et la partie infé- rieure de la paroi frontale 10. Le conouit 38 possède une partie inter- médiaire flexible 39 qui empche l'apparition des tensions dues à la différence de dilatation des collecteurs inférieurs 25 et 37.
Le troisième assemblage de tubes 36 recouvrant le fond 16 possède des parties supérieures verticales 40 couvrant la partie centrale ae la paroi arrière 12. Les parties verticales 40 sont reliées aux parties du fond par des éléments inclinés 41 (voir figures 1 et 4).
Un quatrième assemblage de tubes chauffants 42 recouvre la paroi latérale 14. Ces tubes sont inclinés et complètement similaires aux tu- bes recouvrant l'autre face latérale 13. En particulier, les tubes 42 possèdent des entrées reliées à un tube de descente 43 qui leur amène le mercure venant du tambour 20. Le tube de descente 43 joue le même rôle pour les tubes 42 que le tube de descente 26 pour les tubes 29.
Les tubes 42 sont supportés par deux tubes verticaux 44 et 45 qui for- ment les prolongements des deux tubes inclinés inférieurs correspondant aux tubes 34 et 35 placés contre la paroi 13. Certains des tubes 42 placés à la partie supérieure de .la chambre de combustion sont
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courbés pour former des parties verticales 46 et des parties 47 incli- nées dans le sens opposé, reliées au tambour 20. Les tubes 29 et 42 placés dans la partie supérieure de la chambre de combustion couvrent les parois latérales respectives 13 et 14 et ont leurs extrémités reli- ées au tambour 20. Les tubes 29 placés dans la partie inférieure de la chambre de combustion sont prolongés pour former des tubes verticaux 48 couvrant la partie de gauche de la paroi arrière 12.
Ces tubes ver- ticaux 48 sont reliés aux tubes 29 par les tubes inclinés 49 couvrant le mur arrière 12 et adjacents aux tubes inclinés 41 mentionnés plus haut. L'angle d'inclinaison des parties 49, comme indiqué à la fig.4, est le même que l'angle d'inclinaison des tubes 29. Les éléments 41 et 49 sont disposés de manière à recouvrir de façon sensiblement uniforme la partie inférieure d'une moitié de la paroi arrière 12.
Les tubes inclinés 42 couvrant la partie inférieure de la paroi latérale 14 sont prolongés de manière identique pour former des parties inclinées 50 et des parties verticales 51, couvrant la moitié de droite de la paroi arrière 12,comme on le voit à la fig.S.
Pour réduire la quantité de mercure nécessaire à l'opération de la chaudière, il est prévu plusieurs groupes de tubes chauffants verticaux dans la chambre de convection 23. A la fig.l, deux groupes de tubes sont représentés : un groupe 62 logé dans la partie inférieure de la chambre de convection et un groupe 53 dans la partie supérieure de cette cham- bre. Le groupe inférieur 52 comprend plusieurs assemblages horizontaux de tubes. Chaque assemblage possède des éléments en forme d'épingles à cheveux reliés en série. L'extrémité inférieure de chacun des assembla- ges formant les groupes 52 et 53 est reliée au tambour 20. Les extrémi- tés supérieures des assemblages composant le groupe inférieur b2 sont reliées aux extrémités supérieures des tubes alternés 40, 48 et 61.
Deux assemblages de tubes sont représentés pour le groupe 52. L'assemblage frontal du groupe est relié au premier tube 40 représenté sur le coté droit de la fig.l et à l'extrémité gauche de la fig.4. Le second assem- blage du groupe 52 logé derrière le premier assemblage lorsqu'on regar- de la fig.l, est relié au troisième tube 40. En d'autres mots, si les tubes 40 recoivent des numéros consécutifs, les assemblages de
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tubes du groupe inférieur b2 sont reliés à ceux des tubes 40 qui por- tent des numéros impairs. Les assemblages de tubes formant le groupe b3 sont reliés à ceux des tubes 40 et 48 qui portent des numéros pairs.
Par conséquent, le premier assemblage de tubes du groupe 53 est relié au second tube 40 à partir de la droite à la fig.l et à partir de la gauche à la fig.4. Le second assemblage de ce groupe est relié au qua- trième tube 40 à partir de la droite à la fig.l et à partir de la Eau- che à la fig.4. De cette manière, les extrémités supérieures des tubes couvrant la paroi arrière 12 sont reliés aux extrémités supérieures des groupes de tubes verticaux 52 et 53. Par suite de l'existence des deux groupes 52, 53, les extrémités supérieures des tubes couvrant la paroi arrière 12 et portant des numéros pairs sont reliées à un groupe de tu- bes et celles des tubes portant un numéro impair sont reliées à l'autre groupe de tubes.
Lors de l'allumage, comme mentionné plus haut, la chaudière est remplie de mercure liquide jusqu'à un point voisin du niveau du tambour celui-ci ne contenant que peut de mercure. Les groupes de tubes logés dans la chambre de convection sont de longueur considérable. ar consé- quent, si l'on ne prend aucune précaution spéciale, lors de l'allumage, il faudrait un temps considérable pour que le mercure contenu dans les tubes de la chambre de combustion soit amené à travers les groupes 52, 53 et ramené vers le tambour et ensuite remis en circulation à travers les tubes de descente et les tubes de la chambre de combustion. Des moy- ens sont prévus pour que la circulation soit obtenue en un temps court après la période d'allumage et pour éliminer le danger de mise à sec de la chaudière et de surchauffe de certains tubes.
A cette fin, on utilise des tubes reliant une partie des tubes supérieurs situés près du niveau du tambour à celui-ci., et d'autres tubes conduisant le mercure à des points intermédiaires des groupes b2 et 53.
Plus spécialement, chaque tube conduisant le liquide à l'extrémité supérieure d'un assemblage de tubes du,groupe b3 possède une extrémité inférieure 54(fig.1 et 3) alignée avec une extrémité correspondante 55 de l'un des tubes 40, 48 et bl, ces deux extrémités étant contenues dans une chambre 56. Chaque chambre 56 est reliée par une liaison
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57 à un tube d'évacuation 58 qui conduit le mercure vers le tambour 20.
Les chambres 56 sont situées un peu au-dessus du niveau du liquide froid dans le tambour 20. Durant l'allumage, la chaleur rayonnante transmise au mercure dans la chambre de combustion prqvoque sa dilatation de sorte qu'une partie du liquide se répand des extrémités 55 vers la chambre 56 et est remise en circulation à travers le tube d'évacuation 58, le tam- bour, les tubes de descente et les tubes chauffants de combustion. Du- rant l'opération normale, la majeure partie du liquide, est expulsée des tubes 55, vers les extrémités 54 et conduite vers les extrémités supé- rieures des assemblages de tubes du groupe 53. Dans ces tubes, une forte quantité de liquide est évaporée et le mélange de vapeur et de liquide est amené par les parties inférieures des tubes vers le tambour.
Le second moyen employé pour empêcher la surchauffe des tubes dans la chambre de combustion, par l'accroissement de la circulation durant la période d'allumage, est l'emploi de plusieurs tubes conduisant le mer cure des extrémités supérieures des tubes 24 couvrant la paroi frontale 10 et la voûte 15 vers les parties intermédiaires des assemblages de tu- bes des deux groupes 52, 53. Comme indiqué, à la fig.1, le tube 24 re- présenté du coté droit, possède une partie 59 couvrant la voûte 15 et prolongé par l'élément 60 relié à un point intermédiaire de l'assemblage frontal de tubes du groupe 52. Le second tube de droite placé contre la paroi frontale 10 possèdd un prolongement 61 relié à un point intermédiai re du premier assemblage de tubes du groupe 53.
Le troisième tube à par- tir de la droite placé contre la paroi frontale 10 de la fig.l est relié à un point intermédiaire 62 du second assemblage de tubes du groupe 52 et le quatrieme tube 4 à partir de la droite à la est relié à un point intermédiaire 63 du second assemblage de tubes du groupe supérieur 53. En d'autres mots, si les tubes 24 sont numérotés consécutivement, ceux qui portent des numéros impairs sont reliés aux points intermédiaire des assemblages de tubes du groupe inférieur 52 et ceux qui portent des numéros pairs sont reliés aux points intermédiaires des assemblages de tubes du groupe supérieur 53. Des conduits 65 amènent le mercure liquide au tambour 20. La vapeur de mercure sort de ce dernier par un conduit de décharge 66.
La partie inférieure du tambour contient un bloc @
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67 de déplacement du mercure liquide à l'intérieur.
Les tubes chauffants placés dans la chambre de combustion sont rem plis de mercure liquide jusqu'à un niveau légèrement supérieur à la li- aison du tambour 20 avec le conduit d'alimentation 65. Durant l'alluma- ge, le mercure liquide contenu dans les tubes chauffants se dilate et lorsque son niveau dépasse les extrémités supérieures b5 des tubes chaut fants 40, 48, lesquelles sont situées à un niveau légèrement supérieur à celui du liquide 3 dans le tambour, le mercure liquide dépasse les ex frémîtes supérieures 55, comme expliqué plus haut, et est amené par les liaisons b7 et le tube d'évacuation 58, vers le tambour.
Lorsque la tem s pérature continue à augmenter, le mercure liquide contenu dans les tubé inclinés 29 et 42, recouvrant les parties supérieures des parfois laté- rales respectives 13 et 14, est amené par les sorties de tubes 31 et 47 dans le tambour 20, d'où le liquide est remis en circulation. Lorsque la température du mercure augmente, la recircuation a lieu à travers le tambour aussitôt que le mercure atteint les points intermédiaires du groupe inférieur 52, auxquels certains tubes 24 sont reliés.
Lors d'un accroissement ultérieur de la température, le mercure atteint les extré mités supérieures des tubes des groupes 52 et finalement les points in- termédiaires 63 du groupe supérieur b3 et, lorsque l'opération devient normale, le mercure atteint les extrémités supérieures des tubes du gro pe 53 et est déversé de là. vers le tambour. Durant l'opération normale, un mélange de liquide et de vapeur de mercure est continuellement déver sé par tous les circuits de tubes dans le tambour 20. Le mélange est sé paré dans le tambour, le liquide étant re:nis en recirculation vers les tubes de descente et la vapeur amenée vers le conduit de décharge 66.
Par suite de la disposition décrite plus haut, le mercure liquide alimente les tubes de la chambre de convection à des hauteurs différen- tes, empant ainsi la surchauffe de ces tubes. Le mercure est fourni aux parties de groupes de tubes qui sont logées le plus près de la cham bre decombustion et le mercure liquide est conduit en dernier lieu aux parties de groupes de tubes logées le plus loin de la chambre de combus tion et qui sont soumie à de plus faibles températures de gaz.
La chambre de combustion décrite plus haut est sensiblement @
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rectangulaire et ses parois frontale et arrière sont recouvertes de tubes sensiblement verticaux et ses parois latérales de tubes inclinés.
Ces derniers possèdent des prolongements qui sont courbés et couvrent la paroi frontale ou une partie de celle-ci. Une autre partie de la pa- roi frontale, la partie centrale dans cet exemple, est recouverte de tubes reliés à ou formant les prolongements d'une rangée de tubes cou- vrant le fond de la chambre de combustion. Par cette disposition, il est possible de recouvrir complètement toutes les parois avec l'aide d'un nombre de circuits de tubes relativement faible et en même temps sans avoir besoin de croiser les tubes placés dans la chambre de convec tion.
Le dispositif complet de la chaudière qui comprend un tambour, des tubes de descente et des tubes de montée est suspendu de préférence à un dispositif de support 68 placé à la partie inférieure de la chambre de convection 23, c'est-à-dire à la hauteur de la partie supérieure de la chaudière, pour permettre une différence de dilatation entre la chau dière et le système de tubes. C'est spécialement vrai pour les tubes inclinés couvrant la paroi latérale, qui sont supportés par des tubes refroidis verticaux maintenus près du sommet. Les groupes placés dans la chambre de convection peuvent aussi être supportés par des tubes ver ticaux refroidis d'un côté et les tubes de décharge du ou des groupes supérieures 53 de l'autre côté du groupe 52, d'une manière similaire au dispositif de la fig.6.
Le groupe ou les groupes 53 sont maintenus par des interstices compressibles 70 placés entre les tubes, les tubes de décharge 71 du groupe 53 agissant comme colonnes de support.
La chaudière demande seulement des tubes de descente courts et directs, relativement simples, vers les collecteurs inférieurs agissant aussi comme égalisateurs pour le système de circulation, ces tubes de descente étant disposés de manière sensiblement verticale en dessous du tambour. Les tubes de descente placés dans les coins agissent comme collecteurs pour alimenter les tubes inclinés des parois latérales.
Dans certains cas, comme par exemple lorsque la chaudière est utilisée pour la propulsion des navires, la plus faible variation de pression est assurée dans le collecteur inférreur permettant ainsi le main-
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-tien de la possibilité de pompage des tubes malgré le roulis et le tangage du bateau.
Les tubes reliés aux deux collecteurs inférieurs couvrent toutes les parois de la chambre de combustion. Ce résultat est obtenu par le fait que les tubes inclinés supérieurs couvrant les parois latérales sont courbés dans le coin avec la même inclinaison ,jusqu'à ce qu'ils rencontrent les tubes adjacents inférieurs correspondants. En ce point ils tournent verticalement vers le haut pour couvrir complètement les parties droite et gauche de la paroi frontale. Les tubes couvrant le fond sont courbés sur la paroi frontale et en couvrent une partie. Le dispositif complet des tubes de la chambre de combustion comprend seu- lement trois groupes de tubes, l'un recouvrant la paroi arrière et la voûte et les deux autres les parois latérales et frontale.
Ceci réduit le nombre de circuits de tubes tapissant la chaudière, rend chaque cir cuit plus long et tous les circuits sensiblement de mène longueur per- mettant l'absorption sensiblement égale de la chaleur rayonnante. La plus grande longueur des circuits et l'absorption uniforme et croissan te de la chaleur rayonnante produisent une action de pompage croissan- te, suffisante pour faire monter le mélange de liquide et de vapeur formé dans les tubes de la chambre de combustion à une hauteur consi- dérable au-dessus du niveau normal du tambour vers les extrémités su- périeures des groupes de tubes chauffants placés dans la chambre de convection.
Chaque tube de la chambre de combustion passe le long d'au moins deux parois du four assurant ainsi une absorption sensiblement unifor- me de la chaleur par les différents tubes.
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