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La présente invention est relative aux appareils de chauffage des liquides par (échange thermique in- direct avec les produits de combustion d'un combustible liquide ou gazeux. Ces appareils servent le plus souvent à chauffer de l'eau, mais ils peuvent bien en- tendu servir à chauffer tout autre liquide : aussi, l'ex- pression "chauffe-eau", utilisée au cours de la pré- sente demande, ne doit-elle pas être interprétée dans un sens étroitement limité au chauffage de l'eau.
Pour assurer le rendement calorifique maximum, il famt d'une part extraire le plus grand nombre possible de calories d'une quantité donnée de combustible,et d'autre part il faut extraire le plus grand nombre pos- sible des calories contenues dans les produits de la combustion de ce combustible . Pour remplir la première " Perfectionnements aux dispositifs de chauffage, notamment aux chauffe-eau ".
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de ces deux conditions, il faut assurer une combustion complète du combustible, et pour satisfaire à la seconde, il faut prévoir des surfaces d'échange suffisamment grandes. On a éprouvé quelques difficultés par le passé pour satisfaire à ces conditions tout en conser- vant au chauffe-eau des dimensions inférieures à une limite raisonnable.
D'autre part, lorsque le combus- tible utilisé est l'huile, les gaz s'échappant du chauffe-eau sont en général malodorants, par suite d'une combustion incomplète du combustible . Dans le cas des chauffe-eau à usage domestique, cet inconvé- nient est plus important encore que la perte de rendement dont il est l'indice.
La présente invention se propose d'assurer une combustion sensiblement totale du combustible, amélio- rant ainsi le rendement calorifique, et, dans le cas des chauffe-eau à combustion d'huile réduisant l'odeur désagréable, sinon la supprimant complètement.
Le chauffe-eau objet de l'invention comprend une unité de chauffe dans laquelle se forment les produits de la combustion, et que ceux-ci traversent en trans- mettant leurs calories par les parois de l'unité vers le liquide à chauffer. L'unité de chauffe comprend deux parties, à savoir : une partie inférieure tubulai- re formant chambre de combustion, et une partie supé- rieure annulaire formant carneau ;
pour assurer la combustion sensiblement totale du combustible avant que les produits de la combustion ne pénètrent dans ce' carneau , la chambre de combustion est limitée à sa partie supérieure par des surfaces qui convergent vers le haut en ménageant vers le carneau un orifice d'entrée disposé de manière à empêcher le passage di- rect des gaz de combustion dans le carneau par un tra- jet vertical rectiligne.
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On constate qu'il est possible de faire fonc- tionner un tel chauffe-eau au moyen d'huile de paraffi- ne ordinaire du commerce, pendant des heures entières dans une pièce mal aérée sans qu'il se dégage une odeur désagréable . On n'en voit pas très bien la raison, mais il semble que la convergence des surfaces supérieures de la chambre de combustion et l'absence d'un passage direct vers le carneau entraînent un cer- tain freinage des gaz, et une turbulence suffisante pour assurer leur combustion totale ou quasi-totale avant leur passage dans le carneau . Il apparaît ainsi que le passage libre et régulier des gaz de la chambre de combustion vers le carneau, qui semble avoir été l'une des principales préoccupations des dispositifs antérieurs, ne constitue nullement un avantage.
Conformément au mode de réalisation préféré de l'invention, l'unité de chauffe présente une chambre de combustion cylindrique surmontée par un cylindre coaxial.de diamètre plus petit formant la paroi exté- rieure du carneau. La paroi de la chambre de combustion et la paroi extérieure du carneau,sont raccordées par une partie tronconique de section progressivement rédui- te.
La paroi intérieure du carneau annulaire est constituée par un tube qui s'étend de haut en bas à l'intérieur de la paroi extérieure jusqu'à un niveau inférieur à celui de l'extrémité inférieure de'celle- ci, et ce tube porte, à son extrémité inférieure, un dé- flecteur ou une chicane divergeant puis convergeant vers - le bas . La diamètre maximum de la chicane est au moins égal au diamètre de la paroi extérieure du carneau, de sorte que les gaz passant de la chambre de combustion versle carneau ne trouvent pas un passage rectiligne de haut en bas'.
La surface inférieure de la chicane,
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c'est-à-dire sa partie qui converge vers le bas se trouve en face d'une partie'de la section de raccorde- ment tronconique entre la chambre de combustion et la chicane, de telle sorte que les gaz passant vers le carneau en provenance des points voisins de l'axe de la chambre de combustion soient dirigés vers l'exté- rieur , et que ceux qui proviennent du voisinage de la paroi de la chambre de combustion soient dirigés vers l'intérieur.
Le chauffe-eau objet de l'invention peut compren- dre plus d'une unité de chauffage semblable à celle que l'on vient de décrire . Elles peuvent alors être disposées dans une enceinte de circulation d'eau commune à toutes les unités.
On va maintenant décrire à titre d'indication et non de limitation quelques modes de réalisation du chauffe-eau objet de l'invention, choisis à titre d'exemples et représentés au dessin annexé, sur le- quel :
La figure 1 est une élévation-coune quelque peu ..schématique d'une forme de réalisation simple de chauffe- eau à usage domestique.
La figure 2 est une vue avec arrachement partiel d'une variante du chauffe-eau de la fin; 1; enfin
La figure 3 est une vue en élévation et partielle- ment en coupe d'un chauffe-eau à deux unités de chauffe conformément à l'invention.
Le dispositif de chauffage représenté sur la figurer 1 comporte un? unité de chauffe A dans laquelle est disposé un brûleur à huile B et logée elle-même dans une enceinte à circulation d'eau C isolée par un calori- fugeageD.
L'enveloppe 10 est cylindrique et est fermée en haut
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et en bas au moyen de couvercles 12, 14 que traverse l'unité de chauffe A. Une paroi intérieure le fixée au couvercle inférieur 12 délimite avec 1'enveloppe un espace annulaire destiné à contenir le calorifuge
D et délimite d'autre part avec l'unité de chauffe l'espace de circulation d'eau C qui est fermé en haut par une plaque 17. On voit en 18 et en 19 respec- tivement les tuyauteries d'entrée et de sortie d'eau.
L'unité de chauffe A comprend une par tie inférieure cylindrique 20 ouverte en bas et délimitant une cham- bre de combustion E pour 1 'huile alimentant par une tuyauterie 22 le brûleur B. L'unité de chauffe comporte d'autre part une partie supérieure composée de deux tubes concentriques 24, 26 délimitant un espace annu- laire qui constitue le carneau F d'évacuation des pro- duits de combustion de la chambre de combustion E. La paroi extérieure 24 du carneau présente un diamètre plus petit que la paroi 20 de la chambre de combus- tion, à laquelle elle est raccordée par une partie tron- conique 28.
A l'extrémité inférieure du tube intérieur 26 du carneau est fixé un déflecteur ou une chicane G com- posée d'une partie 30 divergeant vers lebas suivie d'une partie 32 convergeant vers le bas. Comme il appa- rait sur le dessin, le diamètre maximum de la chicane 'est égal à celui du carneau et se présente au niveau de la partie tronconique 28.
On remarquera qu'il n'existe aucun passage con- tinu et rectiligne partant de la chambre de combustion.
Tous les gaz qui s'élèvent à travers, celle-ci rencon- trent l'une ou l'autre des surfaces à pente opposée 28 ou 32. Ils sont ainsi rabattus les uns sur les autres en travers de 'la direction générale de leurtrajec-
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toire ascendante et il se crée ainsi une certaine turbulence. C'est celle-ci qui, semble-t-il, assure une combustion sensiblement totale des gaz avant.leur entrée dans le carneau . On conçoit d'autre part que les gaz traversent ranidemcnt le carneau et que la tem- pérature régnant dans celle-ci est plus basse que dans la chambre de combustion.
Dans ces conditions , il y a toute probabilité pour que tout combustible imbrûlé pénétrant dans le carneau reste imbrûlé et sorte dans le même état par l'extrémité supérieure de ce carneau, réduisant ainsi le rendement calorifique et donnant naissance à une odeur désagréable.
Un tel désagrément est évité par l'appareil fai- sant l'objet de l'invention puisque, comme il a été dit ci-dessus , la combustion est complète avant que les gaz ne pénètrent dans le carneau .
La pente et les dimensions exactes des surfaces 28 et 32 ne présentent pas une importance critique ; les meilleurs résultats ont été obtenus pour celles repré- sentées sur la fig. 1. La chicane G pourrait avoir un diamètre maximum supérieur au diamètre du tube 24; on préfère cependant donner à ces deux diamètres une même valeur pour faciliter l'assemblage.
On remarquera que la section transversale de l'espace de circulation C de l'eau est sensiblement plus faible à la partie inférieure qu'à la partie supé- rieure de l'unité. Cette caractéristique offre un avantage appréciable ; en effet, la chambre de combuson chaude n'est entourée que par une mince couche d'eau qui se trouve ainsi portée rapidement à haute tempéra- ture, tandis que le carneau plus froid, est entouré par un volume plus grand qui sert de volant d'eau.
L'espace annulaire entourant la chambre de combustion peut présenter une épaisseur ne dépassant pas 16 mm; on
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constate un fait assez surprenant, que même pour cette faible épaisseur on n'est nullement gêné par l'entartra- ge . La cause en est sans doute l'excellente circulation obtenue.
La figure 2 montre une variante du procédé assurant la turbulence des gaz avant leur sortie de la chambre de combustion. Suivant cette variante, la paroi extérieure
24 du carneau est d'une pièce avec la paroi 30 de la chambre de combustion, et la partie tronconique 28 du dispositif de la figure 1 est ici reuplacée par un déflecteur conique double 34. De plus, la paroi inté- rieure 26 du carneau porte à son extrémité une chicane
G constituée par un élément unique convergent vers le bas et descendant en-dessous de la section de diamètre minimum du déflecteur 34. Pour accélérer le chauffage et améliorer la circulation, on réduit la section trans- versale de l'espace de.circulation d'eau entourant la chambre de combustion en ramenant la paroi de cette chambre vers la chambre de combustion comme on le voit en 35.
On voit que tout comme dans le cas de la fig.l,il n'existe ici aucun passage direct continu entre la chambre de combustion et le carneau et que la chicane et le déflecteur rabattent les gaz les uns sur les autres transversalement par rapport à la direction générale de leur trajectoire ascendante.
En se reportant à la fig. 1, on voit que le brûleur B représenté est du type eylindrique à mèche,La mèche 36 aspire l'huile qui est ensuite vaporisée par le courant d'air aspiré à travers les parois perforées 38. Les parois 38 portent à leur extrémité supérieure un enroulement 40 porté à une température assez haute pour devenir incandescent et entretenir la combustion
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dans toute l'étendue de la chambre de combustion,. Les parois concentriques 38 sont montées sur une tige 42 que l'on peut soulever au moyen d'un levier, à resso.rt 44 pour permettre l'allumage de la mèche à la mise en route de l'appareil.
Le tube intérieur 26 du carneau est suspendu à une barre 45 fixée en travers de l'extrémité supérieure du tube extérieur 24. Le tube 26 porte une vis 46 tra- versant la barre ainsi qu'un couvercle 48 maintenu en place au moyen d'un écrou 50.
La figure 3 montre un appareil de chauffage à deux unités de chauffe disposées dans une enceinte de circulation d'eau commune . Les unités de chauffe sont identiques à celle de la figure 1, mais sont logées dans une enveloppe 10 de forme ovale en section plane et non plus circulaire . L'enceinte de circulation d'eau C est également de section ovale . Un seul tube d'entrée d'eau et un seul tube de sortie 19 sont prévus,
F et les brûleurs/y sont alimentés par des tuyauteries branchées à une conduite d'alimentation commune 22.
On peut ainsi prévoir tout nombre voulu d'unités de chauffe dans une enveloppe unique pour constituer un appareil de chauffage de grande capacité.
Bien entendu, les chauffe-eau décrits pourraient aisément être adaptés à un combustible antre que l'huile.
On pourrait ainsi remplacer le brûleur F par un brûleur à gaz de ville. C'est néanmoins en conjonction avec les brûleurs à huile que l'invention a été mise au point. Les appareils décrits ont conduit à d'excellents résultats avec de l'huile de paraffine ordinaire ou du pétrole lampant du commerce.
On a constaté qu'un appareil à deux unités de chauffe du type représenté sur la fig. 3, ayant un
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débit de 455 litres, 'peut élever la température de l'eau de 15,5 à l'ébullition en 80 minutes, en consom- mant 0,570 litre de paraffine de densité 0,8 et le pouvoir calorifique 10,500 cal./kp> Le rendement calori- fique correspondant (rapport de la chaleur dégagée à la chaleur fournie) est donc de 0,80.
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1.
Un appareil de chauffagedu type spécifié comprenant une unit:: de chauffe constituée par une cham- bre de combustion surmontée par un carneau annulaire coaxial et limitée à sa partie supérieure par des surfaces qui convergent vers le haut en délimitant un orifice d'entrée vers le carneau, orifice disposé de manière à empêcher les gaz de combustion de passer directement vers le carneau par un trajet recbiline vertical.
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The present invention relates to devices for heating liquids by (indirect heat exchange with the combustion products of a liquid or gaseous fuel. These devices are most often used to heat water, but they can of course also be used for heating water. intended to be used to heat any other liquid: therefore, the expression "water heater", used during the present application, should not be interpreted in a sense narrowly limited to the heating of water.
To ensure the maximum calorific output, it is necessary on the one hand to extract the greatest possible number of calories from a given quantity of fuel, and on the other hand it is necessary to extract the greatest possible number of calories contained in the products. combustion of this fuel. To complete the first "Improvements to heating devices, especially water heaters".
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of these two conditions, it is necessary to ensure complete combustion of the fuel, and to satisfy the second, it is necessary to provide sufficiently large exchange surfaces. There have been some difficulties in the past in meeting these conditions while keeping the water heater sizes below a reasonable limit.
On the other hand, when the fuel used is oil, the gases escaping from the water heater are generally malodorous, due to incomplete combustion of the fuel. In the case of water heaters for domestic use, this disadvantage is even more important than the loss of efficiency of which it is the index.
The present invention proposes to ensure substantially total combustion of the fuel, thereby improving the calorific efficiency, and, in the case of oil-fired water heaters, reducing the unpleasant odor, if not eliminating it entirely.
The water heater which is the subject of the invention comprises a heating unit in which the products of combustion are formed, and which the latter pass through by transmitting their calories through the walls of the unit to the liquid to be heated. The heating unit comprises two parts, namely: a lower tubular part forming a combustion chamber, and an upper annular part forming a flue;
to ensure the substantially complete combustion of the fuel before the combustion products enter this' flue, the combustion chamber is limited at its upper part by surfaces which converge upwards, leaving an inlet orifice towards the flue arranged in such a way as to prevent the direct passage of the combustion gases in the flue by a straight vertical path.
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It has been found that it is possible to operate such a water heater by means of ordinary commercial paraffin oil for whole hours in a poorly ventilated room without giving off an unpleasant odor. The reason for this is not clear, but it seems that the convergence of the upper surfaces of the combustion chamber and the absence of a direct passage to the flue causes some braking of the gases, and sufficient turbulence. to ensure their total or almost total combustion before they pass through the flue. It thus appears that the free and regular passage of the gases from the combustion chamber to the flue, which seems to have been one of the main concerns of the prior devices, in no way constitutes an advantage.
According to the preferred embodiment of the invention, the heating unit has a cylindrical combustion chamber surmounted by a coaxial cylinder of smaller diameter forming the outer wall of the flue. The wall of the combustion chamber and the outer wall of the flue are connected by a frustoconical part of gradually reduced section.
The inner wall of the annular flue consists of a tube which extends from top to bottom inside the outer wall to a level lower than that of the lower end thereof, and this tube carries , at its lower end, a deflector or a baffle diverging then converging downwards. The maximum diameter of the baffle is at least equal to the diameter of the outer wall of the flue, so that gases passing from the combustion chamber to the flue do not find a straight passage from top to bottom.
The lower surface of the baffle,
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that is to say its part which converges downwards is opposite a part of the frustoconical connection section between the combustion chamber and the baffle, so that the gases passing towards the flue from points near the axis of the combustion chamber are directed outwards, and those from near the wall of the combustion chamber are directed inwards.
The water heater which is the subject of the invention can comprise more than one heating unit similar to that which has just been described. They can then be placed in a water circulation enclosure common to all the units.
A few embodiments of the water heater which is the subject of the invention will now be described by way of indication and not of limitation, chosen by way of examples and shown in the appended drawing, in which:
Figure 1 is a somewhat schematic elevation view of a simple embodiment of a domestic water heater.
Figure 2 is a view partially cut away of a variant of the end water heater; 1; finally
Figure 3 is an elevational view partially in section of a water heater with two heating units in accordance with the invention.
The heating device shown in figure 1 has a? heating unit A in which an oil burner B is placed and itself housed in a water circulation chamber C isolated by thermal insulationD.
The casing 10 is cylindrical and is closed at the top
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and at the bottom by means of covers 12, 14 through which the heating unit A. passes. An internal wall fixed to the lower cover 12 defines with the casing an annular space intended to contain the heat insulator.
D and on the other hand delimits with the heating unit the water circulation space C which is closed at the top by a plate 17. We see at 18 and 19 respectively the inlet and outlet pipes of water.
The heating unit A comprises a lower cylindrical part 20 open at the bottom and delimiting a combustion chamber E for the oil supplying through a pipe 22 the burner B. The heating unit also comprises a part upper composed of two concentric tubes 24, 26 delimiting an annular space which constitutes the flue F for evacuating the combustion products from the combustion chamber E. The outer wall 24 of the flue has a smaller diameter than the wall 20 of the combustion chamber, to which it is connected by a truncated portion 28.
At the lower end of the inner tube 26 of the flue is fixed a deflector or a baffle G composed of a part 30 diverging downwards followed by a part 32 converging downwards. As it appears in the drawing, the maximum diameter of the baffle 'is equal to that of the flue and occurs at the level of the frustoconical part 28.
It will be noted that there is no continuous and rectilinear passage starting from the combustion chamber.
All the gases which rise through this meet either of the oppositely sloping surfaces 28 or 32. They are thus drawn back onto each other across the general direction of their travel. -
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rising roof and a certain turbulence is thus created. It is this which, it seems, ensures a substantially complete combustion of the gases before their entry into the flue. On the other hand, it is understood that the gases pass through the flue and that the temperature prevailing therein is lower than in the combustion chamber.
Under these conditions, there is a likelihood that any unburned fuel entering the flue will remain unburned and exit in the same state through the upper end of the flue, thus reducing the heat output and giving rise to an unpleasant odor.
Such inconvenience is avoided by the apparatus forming the object of the invention since, as stated above, combustion is complete before the gases enter the flue.
The slope and exact dimensions of surfaces 28 and 32 are not critical; the best results were obtained for those represented in fig. 1. The baffle G could have a maximum diameter greater than the diameter of the tube 24; however, it is preferred to give these two diameters the same value to facilitate assembly.
It will be noted that the cross section of the water circulation space C is appreciably smaller at the lower part than at the upper part of the unit. This feature offers a significant advantage; in fact, the hot combustion chamber is surrounded only by a thin layer of water which is thus rapidly brought to high temperature, while the colder flue is surrounded by a larger volume which serves as a flywheel of water.
The annular space surrounding the combustion chamber may have a thickness not exceeding 16 mm; we
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notes a rather surprising fact, that even for this small thickness one is in no way bothered by the soil. The cause is undoubtedly the excellent circulation obtained.
FIG. 2 shows a variant of the process ensuring the turbulence of the gases before they leave the combustion chamber. According to this variant, the outer wall
24 of the flue is in one piece with the wall 30 of the combustion chamber, and the frustoconical part 28 of the device of FIG. 1 is here replaced by a double conical deflector 34. In addition, the inner wall 26 of the flue has a baffle at its end
G constituted by a single element converging downwards and descending below the section of minimum diameter of the deflector 34. To accelerate the heating and improve the circulation, the cross section of the circulation space is reduced. water surrounding the combustion chamber by bringing the wall of this chamber towards the combustion chamber as seen at 35.
It can be seen that, just as in the case of fig.l, there is here no direct continuous passage between the combustion chamber and the flue and that the baffle and the deflector fold the gases over each other transversely with respect to the general direction of their upward trajectory.
Referring to fig. 1, it can be seen that the burner B shown is of the cylindrical type with a wick. The wick 36 sucks up the oil which is then vaporized by the current of air sucked through the perforated walls 38. The walls 38 carry at their upper end a coil 40 brought to a temperature high enough to become incandescent and maintain combustion
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throughout the entire combustion chamber ,. The concentric walls 38 are mounted on a rod 42 which can be lifted by means of a lever, spring 44 to allow ignition of the wick when the device is started.
The inner tube 26 of the flue is suspended from a bar 45 attached across the upper end of the outer tube 24. The tube 26 carries a screw 46 passing through the bar as well as a cover 48 held in place by means of a screw. a nut 50.
FIG. 3 shows a heating device with two heating units arranged in a common water circulation chamber. The heating units are identical to that of FIG. 1, but are housed in an envelope 10 of oval shape in planar section and no longer circular. The water circulation enclosure C is also of oval section. A single water inlet tube and a single outlet tube 19 are provided,
F and the burners / y are supplied by pipes connected to a common supply line 22.
It is thus possible to provide any desired number of heating units in a single casing to constitute a large capacity heating appliance.
Of course, the water heaters described could easily be adapted to a fuel other than oil.
One could thus replace the burner F by a town gas burner. It is nevertheless in conjunction with oil burners that the invention has been developed. The apparatuses described have led to excellent results with ordinary paraffin oil or commercial kerosene.
It has been found that an apparatus with two heating units of the type shown in FIG. 3, having a
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flow rate of 455 liters, 'can raise the temperature of the water from 15.5 to boiling in 80 minutes, consuming 0.570 liters of paraffin of density 0.8 and the calorific value 10.500 cal./kp> The the corresponding heat output (ratio of heat released to heat supplied) is therefore 0.80.
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1.
A heating appliance of the specified type comprising a heating unit: consisting of a combustion chamber surmounted by a coaxial annular flue and limited at its upper part by surfaces which converge upwards defining an inlet orifice towards the flue, orifice arranged so as to prevent combustion gases from passing directly to the flue via a vertical recbiline path.