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chaudière à chauffage direct
L'invention, a pour objet des chaudières destinées particulièrement à être utilisées dans des ins- tallations industrielles et consiste en certains perfec- tionnements dans la construction de ces chaudières.
Dans le brevet des Etats-Unis n 2,376,140 du 15 Mai 1945, on a décrit une chaudière du type pour lequel les perfectionnements suivant l'invention sont partculière-
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ment utiles.
La chaudière décrite dans ce brevet comprend une chambre de combustion placée à l'intérieur d'une enve- loppe,mais sans contact avec ses parois. Du combustible est brûlé dans la chambre de combustion et les produits de la combustion se rendent de cette chanbre des orifices de sortie, en traversant des tubes échangeurs de températu- re.Ces tubes communiquent à une extrémité avec l'intérieur
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de la cha!olbre de combustion et, ) l'extréI'lit& oplosée,avec la sortle des ga
Ils peuvent être disposés de manière à passer soit au-dessus,,
soit au dessous de la chambre de combustion et dans l'espace qui sépare les parois de la chambre de combustioh et la paroi extérieure.Un ou plusieurs venti- lateurs servent,- faire circuler l'air dans ces espaces entre la chambre de combustion et l'enveloppe externe vers les orifices de sortie.Les filets d'air qui lèchent les surfaces externes chaudes des tubes échangeurs de tempéra- ture et de la chambre decombustion sont chauffes au degré voulu et, après être sortis par ces ouvertures, servent à chauffer des locaux( usines, magasins, etc...).
Jusqu'ici on avait trouvé avantageux dans ces chaudières de faire les parois des chambres de combustion en métaux ondulés, en principe en tôles (l'acier.En opérant ainsi; la surface d'échange de chaleur des parois d'une chambre de combustion ayant une dimension hors tout donnée correspond à une plus grande surface efficace et est mieux organisée pour s'adapter à l'expansion et la traction
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qu'i résultent des variationsde tt:i??ié:ra.tllreCOi!:'l^ cela est normal pour des chaudières de ce type, La combustion du combustible commence dans la 'partie inférieure de la chambre et,pour protéger les parois de cette chambre de la chaleur intense et du choc des flammes, de même que pour intensifie:
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la combustion du combustible on a l'habitude de garnir les parois, tout au moins de la partie inférieure de la chambre de combustion, d'une matière réfractaire,de préférence d'une matière réfractaire plastique, que l'on moule sur les parois, puis que l'on sèche et que l'on solidifie in situ.On évite ainsi une surchauffe locale des parois.Elles sont convenablement protégées et le revêtement réfractaire qui devient incandescent et radie la chaleur favrise la combustion complète du combustible.
La présente invention a.son origine dans la remar- que que l'on peut avantageusement éviter l'emploi de tôles ondulées dans les parois de la zone inférieure de la chambre de combustion. L'air relativement froid qui circule à grande vitesse à l'extérieur de cette zone inférieure de la chambre de combustion est suffisant pour 'absorber prati- quement toute la chaleur qui est transmise depuis la cham bre de combustion à travers sa paboi métallique revêtue de réfractaire.Il n'est donc pas nécessaire d'onduler la paroi métallique dans cette zone ou de la munir 'des ailettes 'ou plaques déflectrices habituelles sur sa surface externe.
Suivant l'invention,la paroi de la zone inférieure de la chambre de combustion est faite d'une tôle lisse ou unie ce qui a pour avantage non seulement de diminuer'les frais de matière et de fabrication mais de permettre un revête- ment réfractaire d'épaisseur uniforme. que
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Ona aussi découvert' que, pour5,,,:
Le.revgtement rëfrac- taire soit stable et ne se désagrège pas,il doit avoir uns épaisseur supérieure à un certain minimum,ce qui tend à retarder la transmission de chaleur à travers la paroi de la partie inférieure de la chambre ainsi revêtue grâce à quoi l'action, autrement favorable, des parois habituelles ondulées est partiellement neutralisée. En outre, en raison
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des parois ondulées de la constructionhabituelle, le revête- ment réfractaire n'est pas d'épaisseur uniforme, Il am ré- sulte que pour avoir l'épaisseur minimum aux secrets des ondulations,
la matière réfractaire est beaucoup trop épais- se dans les fonds des ondulations.Ce manque d'uniformité dans l'épaisseur du réfractaire n'a pas seulement pour conséquence une diminution de la transmission de chaleur et une consommation excessive de matière et de métal mais elle rend l'ensemble du revêtement sujet à la rupture sous les efforts thermiques.
La présente intention a plus partioulièement pour objet de construire les parois d'une chambre de combus- tion partiellement en tôle lisse et partiellement en tôle ondulée, ce qui permet d'éliminer les inconvénients précites tout en conservant sensiblement tous les avantages de la tôle ondulée. L'invention consiste donc à former la partie inférieure des parois de la chambre de combustion en tôle lisse et les parois de la partie supérieure en tôle ondulée ainsi que dans des moyens pour réunir ces diverses tôles.
On applique un revêtement réfractaire ayant l'épaisseur et l'action'optinum aux parois de tôle lisse de la partie inférieure de la chambre de combustion et les parois su é- rieures, ondulées, sont exposes aux produits chauds de la combustion et donnent lieu à une transmission de chaleur avec le rendement élevé désiré.
L'invention sera mieux comprise en se référant aux dessins annexés sur lesquels on a re résenté une chau- dière suivant l'invention.
La figure I est une vue de la chaudière en élévation, en supposant la paroi de l'enveloppe externe enlevée pour montrer les détails de la partie interne.
Le figure 2 est une coupe par II-II figure 1;
La figure 3 est,une coupe partielle montrant un détail à plus grande chelle, en coupe par III-III figu- re I' un brûleur particulier représenté figure 1 étant supprimé sur la figure 3.
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La figure 4 est une vue de la chaudière en bout, de- puis la droite de la figure I mais sans le brûleur et avec la porte dans laquelle le brûleur est monté vue en élévation.
La figure 5 est une vue partielle en perspective de la partie de la chambre de combustion construite en tôle.
La figure 6 est une coupe horizontale par VI VI figure 5.
La figure 7 est une coupe verticale par VII VII figure 6.
La figure 8 est une prspective partielle des bords voisins des tôles ondulées au sommet de la chambre de combustion avec le fer cornière que l'on utilise pour réunir les tôles prêt àêtre assemblées.
La figure 9 est une vue en coupe à grande éhelle de l'asseinblage.
La figure 10 est une vue partielle des tôles réunies, en élévation.
La figure II est une vue correspodant à la figure 10 d'une variante.
En se reportant aux dessins on voit en 2 la chambre de combustion disposée à l'intérieur des parois latérales 3,4 et des parois extrêmes 5,6 de l'enveloppe externe, mais à distance de ces parois. Par ailleurs, on peut considérer .que la chaudière est construite suivant le brevet des Etats- Unis n 2,376,140 mentionné plus haut.Sur la figure 1,la paroi latérale 3 (figure 2) est enlevéepour montrer la chambre de combustion et l'intérieur de l'enveloppe.
Dans ce cas, on supposera que la chaudière est alimentée à l'huile ou au gaz et qu'un brûleur 7 est disposé pour amener à travers une ouverture 8 dans la paroi 6 de l'enveloppe et une ouverture 9 dans la paroi correspondante de la chambre de combustion, un mélange de combustible et d'air.La chambre de combustion a une forme d'amget en cou- pe verticale (figure 2) et la colonne en combustion est dirigée longitudinalement dans la chambre.Lorsque la colonne
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en combustion arrive au voisinage de la paroi de la cham- bre opposée à celle dans laquelle se trouve le brûleur, les flammes et les gaz chauds s'élèvent et circulent en sens inverse le,long des parois supérieures de la chambre,
après quoi ils se rabattent vers le bas dans des passages 10 formés à l'extrémité où de trouve le brûleur en inclinant le revêtement réfractaire II vers l'intérieur vers le brû- leur. De ces passages 10,les gaz chauds passent à travers une ouverture 12 dans le fond de la chambre de combustion pour se rendre dans un collecteur 13 d'où ils passent à travers une rangée supérieure de tubes échangeurs 14, un collecteur 15 une rangée inférieure de tubes échangeurs 16 et un carneau 17 pour aboutir à un ventilateur 18 qui les envoie dans l'atmosphère ou dans une cheminée(non représen- tée).Le carneau contient un volet 19 qui permet de régler . l'action du ventilateur suivant les besoins.
Dans le fond de l'enveloppe extérieure de la chaudière est prévu un dispositif de ventilateurs(trois ventilateurs 20 dans l'exemple représenté)dont les rotors sont calés sur un arbre commun 21 actionné par un moteur éléetrique 22.Ces ventilateurs aspirent l'air dans l'at- mosphère et l'envoient dans le fond de l'enveloppe et de là. vers le haut à travers les séries de tubes 14 et 16.Des plaques métalliques 23,24 formant un entonnoir renversé limitent les courants d'air jusqu'à ce qu'ils passent entre et sur les surfaces chauffées des tubes échangeurs.On remarquera que dans la figure I la partie supérieure de la plaque 23 est représentée avec un arrachement pour plus de clarté.
Lorsqu'il quitte les tubes échangeurs, le cou- rant d'air vient heurter le fond de la chambre de com- bustion 2, s'écarte en contact avec elle, s'élève à travers les passages verticaux : limités par les parois chaudes de la chambre de combustion et les parois 3,4,5
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et 6 de l'enveloppe externe.A la partie supérieure de l'appareil,l'air chaud s'échappe à travers des bouches 25 @ munies de lames de persiennes pour pénétrer dans le local à chauffer.
Telle est l'allure générale d'une chaudière dans laquelle on peut utiliser la chambre de combustion suivant l'invention.
Suivant cette invention,les parois latérales et le fond de la partie inférieure, en forme d'auget, de la chambre de combustion 2 allongée horizontalement sont formées d'une tôle lisse 26 et les parois latérales de la partie supérieure de cette chambre sont formées de tôles ondulées 27,28, ces tôles ondulées étant recourbées vers l'intérieur et réunies par un -assemblage 29 pour former le sommet de la chambre de combustion.
Les bords inférieurs des tôles ondulées 27 et 28 sont rénnis, par exemple en 30 et 31, aux bords de la tôle lisse 26 et aux' deux côtés de la chambre de combustion.Les parois opposées 32 Se 33 de la chambre de combustion sont, dans ce cas, formés mées de tôle lisse coupée de façon à s'adapter à la sec- tion transversale de la chambre de combustion.Sur les bords de ces parois extrêmes, on fixe l'assemblage de tôles lises et ondulées, par exemple par soudure:Sur les surfaces internes des parois en tôle lisse de la partie inférieure, en auget,de la chambre de combustion, on moule, sèche et solidifie le revêtement II de matière plastique réfractaire.
A l'extrémité de la chambre qui contient le brûleur.,le revétement réfractaire est incliné en s'écar- tant des parois latérales de la chambre vers l'orifice 9 du brûleur pour former les passages 10 qui conduisent vers le bas les produits de la combustion ,de part et d'autre du jet injecté de combustible et d'airet dans le collecteur 13 Il est avantageux de continuer le revêtement II vers
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le haut,comme on le voit en 34,à una distance appréciable au-dessus des joints ou lignes de jonction 30,31 des tôles lisses et ondulées, car il est important de remarquer que des crochets ou griffes II a(figure 2) sont fixés,par exemple par soudure, aux parties des tôles recouvertes de réfractaire pour former,
en des points convenablement répartis de la surface de ces parois,un ancrage de la matière réfractaire 'au métal, Telle est la structure générale de la chambre de combustion ou boîte à feu suivant l'invention. Il faut encore noter que les parois extrêmes et les parois latérales ondulées de la chambre sont musies de plaques déflectrices 3536 de façon à donner une tubur- lence aux courants d'air qui s'élèvent en balayant les surfaces extérieures chauffées de la chambre et pour assurer un contact plus intime de l'air avec les surfaces chaudes et,par suite'.un meilleur échange thermique.De tels déflecteurs sont déjà prévus dans le brevet des Etats- Unis 2.115.057 du 26 avril 1938.
La façon dont sont effectués lès joints ou raccords 30 et 31 à une grande importance.En examinant les figures 5 à 7, on voit que chaque joint 30 et 31 par lequel les bords inférieurs des tôles ondulées 27,28 sont réunis aux bords supérieurs des tôles 26,le long des deux côtés de la chambre de combustion, comprend un rebord 37 perpendiculaire à chaque bord de la tôle 26.Le rebord 37 se prolonge horizontalement le long du c8té de la chambre et dans l'exemple représenté,
est obtenu en pliant vers l'extérieur l'extîême bord de la tôle 26.Cependant on comprendra que l'on peut souder un four cornière au bord extrême de la tôle en obtenant le même résultat.Ce rebord
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horizontal a une longueur au moins .égaleà l'épaisseur totale de la tôle ondulée et le bord inférieur de cette tôle ondu- lée est coupé d'équerre ou à peu près de manière à bien s'adapter sur la face superieure du rebord. L'assemblage s'effectue en soudant le bord de la tôle ondulée suivant tous ses méandres au corps du rebord.De cette façonnes tôles ondulées 27,28 sont solidement réunies à la tôle lisse 26.
La manière dont sont reliées en*29., au sommet de la chambre de combustion, les deux tôles ondulées est également une caractéristique importante de l'invention.Les bords supérieurs des tôles sont coupés perpendiculairement aux plans généraux des tôles)ou à peu près.Une certine lon--- gueur d'un fer laminé(ici un fer cornière 38) est disposée dans l'intervalle laissé libre par les bords qui se touchai des tôles;
les deux faces perpendiculaires du fer 38 vien- nent buter contre ces bords et sont soudées à eux.L'angle de ces faces est complémentaire de l'angle de convergence des tôles,comme on le voit sur les figures.8 à 10.Apres' réunion des tôles avec le fer cornière 38, on peut couper les parties des côtés du fer cornière.qui se trouvent en face des creux des ondulations en laissant ainsi ces creux libres, comme on le voit 'figure II. Cette disposition peut "étre désirable dans certains types de chaudière.
Il doit être entendu que l'on pourait apporter aux exemples décrits diverses modifications sans s'écarter pour cela de l'invention.
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direct heating boiler
The invention relates to boilers intended particularly for use in industrial installations and consists of certain improvements in the construction of these boilers.
In United States Patent No. 2,376,140 of May 15, 1945, a boiler of the type for which the improvements according to the invention are particular has been described.
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ment useful.
The boiler described in this patent comprises a combustion chamber placed inside a casing, but without contact with its walls. Fuel is burned in the combustion chamber and the products of combustion flow from this channel to the outlets, passing through temperature exchange tubes. These tubes communicate at one end with the interior.
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of the combustion chain and,) the end & oplosed, with the sortle of ga
They can be arranged so as to pass either above ,,
either below the combustion chamber and in the space between the walls of the combustion chamber and the outer wall. One or more fans are used, - to circulate the air in these spaces between the combustion chamber and the outer casing towards the outlets. The air streams which lick the hot outer surfaces of the heat exchanger tubes and the combustion chamber are heated to the desired degree and, after exiting through these openings, are used for heating premises (factories, stores, etc.).
Until now it had been found advantageous in these boilers to make the walls of the combustion chambers in corrugated metals, in principle in sheet metal (steel. By operating thus; the heat exchange surface of the walls of a combustion chamber having a given overall dimension corresponds to a larger effective area and is better organized to accommodate expansion and traction
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that i result from variations in tt: i ?? ié: ra.tllreCOi!: 'l ^ this is normal for boilers of this type, The combustion of the fuel begins in the' lower part of the chamber and, to protect the walls of this chamber of intense heat and the shock of the flames, as well as to intensify:
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the combustion of the fuel it is usual to line the walls, at least the lower part of the combustion chamber, with a refractory material, preferably a plastic refractory material, which is molded on the walls , then dried and solidified in situ. This prevents local overheating of the walls. They are suitably protected and the refractory lining which becomes incandescent and radiates heat favors the complete combustion of the fuel.
The present invention originates from the observation that the use of corrugated sheets in the walls of the lower zone of the combustion chamber can advantageously be avoided. The relatively cold air which circulates at high speed out of this lower zone of the combustion chamber is sufficient to absorb virtually all of the heat which is transmitted from the combustion chamber through its coated metal panel. It is therefore not necessary to corrugate the metal wall in this area or to provide it with the usual 'fins' or deflector plates on its outer surface.
According to the invention, the wall of the lower zone of the combustion chamber is made of a smooth or plain sheet metal, which has the advantage not only of reducing the material and manufacturing costs but of allowing a refractory lining. of uniform thickness. than
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It was also discovered that, for5 ,,,:
The refractory coating is stable and does not fall apart, it must have a thickness greater than a certain minimum, which tends to retard the transmission of heat through the wall of the lower part of the chamber thus coated, whereby the otherwise favorable action of the usual corrugated walls is partially neutralized. In addition, due
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corrugated walls of the usual construction, the refractory lining is not of uniform thickness, It results that to have the minimum thickness at the secrets of the corrugations,
the refractory material is much too thick in the bottom of the corrugations This lack of uniformity in the thickness of the refractory not only results in a decrease in heat transmission and an excessive consumption of material and metal but it makes the entire coating subject to rupture under thermal stresses.
The present intention has more particularly for its object to construct the walls of a combustion chamber partially of smooth sheet and partially of corrugated sheet, which makes it possible to eliminate the aforementioned drawbacks while retaining substantially all the advantages of corrugated sheet. . The invention therefore consists in forming the lower part of the walls of the combustion chamber in smooth sheet metal and the walls of the upper part in corrugated sheet metal, as well as in means for joining these various sheets together.
A refractory lining of the optimum thickness and action is applied to the smooth sheet walls of the lower part of the combustion chamber and the upper corrugated walls are exposed to the hot products of combustion and give rise to to heat transmission with the desired high efficiency.
The invention will be better understood by referring to the appended drawings in which a boiler according to the invention has been represented.
Figure I is a view of the boiler in elevation, assuming the outer shell wall removed to show the details of the inner part.
Figure 2 is a section through II-II Figure 1;
FIG. 3 is a partial section showing a detail on a larger scale, in section through III-III of FIG. 1, a particular burner shown in FIG. 1 being omitted in FIG. 3.
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Figure 4 is an end view of the boiler, from the right of Figure I, but without the burner and with the door in which the burner is mounted, seen in elevation.
Figure 5 is a partial perspective view of the part of the combustion chamber constructed of sheet metal.
Figure 6 is a horizontal section through VI VI Figure 5.
Figure 7 is a vertical section through VII VII Figure 6.
Figure 8 is a partial prspective of the neighboring edges of the corrugated sheets at the top of the combustion chamber with the angle iron that is used to join the sheets ready to be assembled.
Figure 9 is a sectional view on a large scale of the assembly.
FIG. 10 is a partial view of the joined sheets, in elevation.
Figure II is a view corresponding to Figure 10 of a variant.
Referring to the drawings, we see at 2 the combustion chamber arranged inside the side walls 3,4 and the end walls 5,6 of the outer casing, but at a distance from these walls. On the other hand, it can be considered that the boiler is constructed according to the aforementioned United States Patent No. 2,376,140. In Figure 1, the side wall 3 (Figure 2) is removed to show the combustion chamber and the interior of the boiler. the envelope.
In this case, it will be assumed that the boiler is supplied with oil or gas and that a burner 7 is arranged to bring through an opening 8 in the wall 6 of the casing and an opening 9 in the corresponding wall of the casing. the combustion chamber, a mixture of fuel and air. The combustion chamber has a vertical section amget shape (figure 2) and the combustion column is directed longitudinally into the chamber. When the column
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in combustion arrives in the vicinity of the wall of the chamber opposite to that in which the burner is located, the flames and the hot gases rise and circulate in the opposite direction along the upper walls of the chamber,
after which they fall back down into passages 10 formed at the end where the burner is located, tilting the refractory lining II inwardly towards the burner. From these passages 10, the hot gases pass through an opening 12 in the bottom of the combustion chamber to reach a manifold 13 from where they pass through an upper row of exchanger tubes 14, a manifold 15 a lower row of exchanger tubes 16 and a flue 17 to end in a fan 18 which sends them into the atmosphere or into a chimney (not shown). The flue contains a shutter 19 which makes it possible to adjust. fan action as needed.
In the bottom of the outer casing of the boiler is provided a device of fans (three fans 20 in the example shown) whose rotors are wedged on a common shaft 21 actuated by an electric motor 22. These fans suck the air into the atmosphere and send it to the bottom of the envelope and out. upwards through the series of tubes 14 and 16. Metal plates 23, 24 forming an inverted funnel limit the air currents until they pass between and over the heated surfaces of the exchanger tubes. in Figure I the upper part of the plate 23 is shown with a cutaway for clarity.
When it leaves the heat exchanger tubes, the air stream hits the bottom of the combustion chamber 2, moves away in contact with it, rises through the vertical passages: limited by the hot walls of the combustion chamber and the walls 3,4,5
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and 6 of the outer casing. At the top of the apparatus, the hot air escapes through vents 25 @ provided with louver blades to enter the room to be heated.
This is the general appearance of a boiler in which the combustion chamber according to the invention can be used.
According to this invention, the side walls and the bottom of the lower, trough-shaped part of the horizontally elongated combustion chamber 2 are formed of a smooth sheet 26 and the side walls of the upper part of this chamber are formed of corrugated sheets 27,28, these corrugated sheets being curved inwardly and joined by a -assembly 29 to form the top of the combustion chamber.
The lower edges of the corrugated sheets 27 and 28 are joined, for example at 30 and 31, to the edges of the smooth sheet 26 and to both sides of the combustion chamber. The opposing walls 32 Se 33 of the combustion chamber are, in this case, formed from smooth sheet metal cut so as to adapt to the cross section of the combustion chamber. On the edges of these end walls, the assembly of smooth and corrugated sheets is fixed, for example by welding: On the internal surfaces of the smooth sheet metal walls of the lower part, in a trough, of the combustion chamber, the coating II of refractory plastic is molded, dried and solidified.
At the end of the chamber which contains the burner, the refractory lining is inclined away from the side walls of the chamber towards the orifice 9 of the burner to form the passages 10 which lead downwards the products of the burner. combustion, on either side of the injected jet of fuel and air and in the collector 13 It is advantageous to continue coating II towards
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the top, as seen at 34, at an appreciable distance above the joints or junction lines 30, 31 of the smooth and corrugated sheets, because it is important to note that the hooks or claws II a (figure 2) are fixed, for example by welding, to the parts of the sheets covered with refractory to form,
at points suitably distributed on the surface of these walls, an anchoring of the refractory material 'to the metal, This is the general structure of the combustion chamber or firebox according to the invention. It should also be noted that the end walls and the corrugated side walls of the chamber are fitted with deflector plates 3536 so as to give a tubur- lence to the air currents which rise by sweeping the heated exterior surfaces of the chamber and for to ensure a more intimate contact of the air with the hot surfaces and, consequently, a better heat exchange. Such baffles are already provided for in United States Patent 2,115,057 of April 26, 1938.
Of great importance is how the joints or fittings 30 and 31 are made. Looking at Figures 5-7, it can be seen that each joint 30 and 31 by which the lower edges of the corrugated sheets 27,28 meet with the upper edges of the sheet 26, along both sides of the combustion chamber, includes a flange 37 perpendicular to each edge of the sheet 26. The flange 37 extends horizontally along the side of the chamber and in the example shown,
is obtained by bending towards the outside the extreme edge of the sheet 26.However it will be understood that one can weld an angle furnace to the extreme edge of the sheet while obtaining the same result.
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horizontal has a length at least equal to the total thickness of the corrugated sheet and the lower edge of this corrugated sheet is cut squarely or so as to fit well on the upper face of the rim. The assembly is carried out by welding the edge of the corrugated sheet following all its meanders to the body of the rim. In this way corrugated sheets 27,28 are firmly joined to the smooth sheet 26.
Another important feature of the invention is the way in which the two corrugated sheets are connected at * 29., At the top of the combustion chamber. The upper edges of the sheets are cut perpendicular to the general planes of the sheets) or approximately .A certain length of a rolled iron (here an angle iron 38) is placed in the gap left free by the edges which touched the sheets;
the two perpendicular faces of iron 38 abut against these edges and are welded to them. The angle of these faces is complementary to the angle of convergence of the sheets, as can be seen in Figures 8 to 10. By joining the sheets with the angle iron 38, the parts of the sides of the angle iron which are in front of the hollows of the corrugations can be cut, thus leaving these hollows free, as seen in FIG. II. This arrangement may be desirable in certain types of boiler.
It should be understood that various modifications could be made to the examples described without thereby departing from the invention.