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Chaudière de chauffage à surface de chauffage réduite par convexion améliorée.
La présente invention concerne une chaudière de chauffage permettant d'obtenir une convexion améliorée par de chauffage une construction spéciale et dans la/quelle la surface/est en même temps réduite.
Les chaudières de chauffage de ce genre comportent un compartiment d'accumulation du combustible et un système de carzcu d'évacuation raccordé audit compartiment, carnx dans lesquels .des cloisons à circulation d'eau communiquant avec la chambre à eau de la chaudière de chauffage conduisent les produits de combustion en zig-zag avant de les laisser sortir vers le conduit d'échappement qui est généralement la cheminée.
Le tirage nécessaire à la chaudière de chauffage est généralement produit par une cheminée. liais, pour certains
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cas, il a été proposé de perfectionner le tirage à l'aide d'un ventilateur. Un ventilateur de ce genre.. également été utilisé pour vaincre toute résistance excessive de la couche de combustible ou de la grille. On n'a pas cherché à obtenir une augmentation de la vitesse du courant gazeux dans les conduits de la chaudière au-delà de la Vitesse normale ré- sultant d'une bonne cheminée, et d'autres conditions satis- faisantes de tirage.
Cette vitesse de tirage peut être ad- mise égale ou inférieure à 1,5 m3/m2s lorsque le volume ga- zeux est réduit et exprimé en m pour une température de 6 C et 760mm (METRES CUB3S par m2 de suface de chauf- fage et par seconde.
Pour les chaudières de chauffage comportant un ven- tilateur on a trouvé qu'il était économique et avantageux d'augemetner la vitesse des gaz dans les conduits au-dessus de la vitesse usuelle, Avec une vitesse plusélevée des gaz on trouve que le coefficient de transmission de la chaleur des surfaces de chauffage est augmenté, ce qui entraîne une réduction de la surface de chauffage nécessaire pour certai- nes applications. Il en résulte que l'encombrement et les dimensions de la chaudière de chauffage peuvent être réduits.
Or, on peut démontrer que si la vitesse des gaz est augmentée au-dessus d'une certaine limite, les dépenses pro- venant de la consommation de force motrice par le ventila- teur augmente plus rapidement que les dépenses pour la surf- ce de chauffe. La présente invention est fondée sur la cons- tatation qu'une vitesse des gaz plus élevée est souhaitable et qu'une telle vitesse peut être déterminée comme la plus économique, c'est-à-dire une vitesse à laquelle le total des dépenses de fonctionnement pour la production du tirage et de l'annuité pour la surface de chauffe nécessaire peut être fixé au minimum.
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La chute de pression @ dans les conduits- de la chau- dière de chauffage peut être exprimée par le formule
P=A. Wn
Pour le facteur des transmissions de la chaleur k la formule de la surface de chauffage par connexion est ap- proximativement la suivante: k = B.Wm
Dans ces expressions A, B, m,m sont constantes, et W est la vitesse des gaz dans les conduits de la chaudière, ex- primée en mm3/m2s.
La dépense totale de force motrice pour le ventila- teur et de l'annuité pour la surface de chauffe par convexion peut être exprimée de la manière suivante:
K=P. G. r. Z+E. a
Dans cette, formule
G est le volume gazeux par unité de temps r est le coût de force motrice
E est la surface de chauffe par convexion a est l'annuité par m2 de surface de chauffe est la durée de fonctionnement par année.
Le refroidissement dans les conduits de la chaudiè- re est exprimé par la relation suivante;
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dans laquelle t1 est la température des gaz avant le chauffage par conexio t2 est la température des gaz après le chauffage par convexion tv est la température de la surface de chauffe
Cp est la chaleur spécifique des gaz dans les conduits.
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Lorsqu'on désire refroidir les gaz des conduits à une certaine valeurs indépendamment des variations de la vi- tesse des gaz et de la surface de chauffe; on peut opérer suivant la relation
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dans laquelle C est constant.
L'expression précitée pour la dépense K peut égale- ment âtre décrite de la manière suivante
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Si la dépense K est calculée par rapport à la vi- tesse des agaz pour une valeur constante du volume gazeux par unité de temps, on obtient ceci
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La valeur de la vitesse des gaz W, donnant un mini- mum pour la dépense K est obtenue en égalent à 0 cette dé- rivée. On obtient donc l'expression suivante pour la valeur
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économique de ,7v- ïî e = C . , . m 3, . mol''n ( .
B . .. n
Les recherches du demandeur ont montré Qu'on peut adppter avec une sécurité suffisante la valeur de 2,6 pour la valeur m+n, ll en .résulte Que les variations des dépenses pour la chaudière et pour la force motrice, 0. et $r, ainsi que pour la, durée de fonctionne aient 2 nont aucne effet important sur la vitesse économique des gaz We.Le défendeur en a déduit qu'il existe une valeur économique de la vitesse des gaz et que cette valeur We varie assez légèrement dns le cas de vai- tions des dépenses et du mode de fonctionnement.
Les recher- ches ont également montre que We se maintient normalement
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à environ 6 nm "3 /m"s et que cette valeur est valable pour le cas général. On trouve qu'aux environs de la viseur économi- que U pour la vitesse des gaz, :La dépense K varie très lé- gèrement. Le demandeur a trouvé qu'au point de vue pratique et économique il suffit que la vitesse des gaz soit maintenue
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entre et 10 nu'/ L:s . A titre d'exemples la figure 1 du dessin, annexé montre un diagramme de la relation entre al dépense K par année pour le refroidissement du courant ga,- zeux en nm par heure de fonctionnement, et la vitesse des
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gaz '..1 en nlli/mc..s dans le système des conduits.
Il a été sup- posé que le courant gazeux arrive sur la surface de connexion
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à une température de 11000 et quitte la surface refroidi à : dC3. D'autre p:o'rt,. on supposé que le nombre des jour- nées de fonctionnement de vingt quatre heures par année de la surface de chuffge est de 240. Toutes ces valeurs sont très normales. Le diagramme montre que la dépense par année
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atteint son minimum pour une vitesse des gaz de 6nm" m"ss et que 11-, courbe correspondant à cette valeur est relativement plate j ce qui signifie que la vitesse des gaz 'J peut &tre modifiée entre ;3 et 10 nm /m''s sans Qu'il en résulte une augmentation considérable de la dépense par année.
L'invention concerne dons une chaudière de chauffage du genre précité comportant une trémie à combustible et un système de carnaux, ainsi au' un ventilateur disposé entre le système de carnaux et la sortie des produits de combustion, en l'espèce la cheminée. Suivant la présente invention, le système des carnaux est construit sous la forme d'une surfa- ce de convexion présentant un coefficient élevé de transmis- sion de la chaleur, ce qui est obtenu par une vitesse des gaz
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comprise entre 3 et ICI n1."rJ.3/l"[/'S. Ceci est obtenu per une adaptation appropriée de la capacité du ventilateur par rop- port à la surface de chauffage de la chaudière.
L'invention
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concerne plus particulièrement une chaudière de chauffage dans laquelle la vitesse des gaz dans le système des caranauxz est de 6 nm /m s: ou se maintient dans les environs de cette valeur. Dans le cas d'installations importantes, fournissant par exemple un ..million d'uni tés thermiques par heure pour des immeubles de grandes dimensions ou des applications simi- laires, la surface de chauffage par convexion peut êrew ré- duite à la moitié avec une bonne économie.
Il est évident qu'on réalise de cette manière une économie considérable d'espace et de dépenses, e plus, et grâce à la présente in- vention, il devient possible de dépasser la limite supérieure pour la production de chaleur dans une seule unité de chaudic re, qui a été pratiquement fixée jusqu'ici pour la possibili- té de son installation dans un bloc de maisons, psr exemple.
Par rapport aux appareils de chauffage connus jusqu'à présent; dans lesquels la quantité des gaz est augmentée par une aug- mentation de la vitesse, les chambres à eau des conduits de la chaudière suivant l'invention sont construites sous la forme de parois planes.
Pour la chaudière de chauffage suivant l'invention, on peut imaginer d'autres modifications par rapport aux chau- dières connues, tout en' faisant usage de principes connus, notammen pour la construction de chaudières de grandes di- mensions. 11 y a cependant lieu de noter qu'un dispositif spécial est prévu lorsqu'une chambre de combustion secondaire est agencée entre la trémie à combustible et le système des cafaxu,
Les figures 2 à 4 du dessin annexé montrent une chau dière de chauffage construites suivant les données de l'in- vention.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la chaudière de chauffage.
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La figure 3 est une vue en coupe horizontale de la chaudière.
La figure 4 est une vue en bout sur l'arrière de la chaudière.
La chaudière représentée comporte une trémie à com- bustible 4 se présentait sous la forme d'un puits qui est inséré dans la chaudière par le haut. La trémie est fermée par un couvercle amovible 14 dont la constitution sera décri- te ci-après. Le couvercle 14 s'applique hermétiquement par une rainure 13 sur le bord supérieur 9 de la trime A l'ai- de d'un mécanisme à leviers 12, 21 il peut être soulevé vers uhe position dans laquelle il repose sur deux paires de roues 11, 22, à l'aide de mécanismes appropriés. L'agencement est tel que le couvercle soulevé puisse tre déplacé vers un coté sur des rails constitués par des fers en 2, indiqués en 10, 23 sur le dessus de la chaudière.
L'ouverture de la trémie es.t ainsi largement dégagée pour permettre l'introduc- tion de grands morceaux de combustible tel que le bois. Le couvercle 14 présente lui-même une ouverture 15 fermée par un autre couvercle plus petit 16,fermé à l'aide d'un verrou à baïonnette et destiné à l'introduction de combustibles en morceaux plus petits tels que le charbon. L'ensemble des couvercles est garni de plaques de protection 18, 24 sur la face intérieure. Au-dessus de ces plaques est prévue une garniture isolante en laine de verre, en amiante ou matière similaire.
Les parois verticales de la trémie sont construites sous la forme de chambres à eau planes et plates 5, 26, 31, 85 les chambres à eau 85 des deux parois longitudinales de la chaudière s'élargissent vers le haut pour former des chambres longitudinales 6 au-dessous de la partie supérieure de la chaudière. Le conduit de retour de l'eau débouche dans une
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de ces chambres par une tubulure 7. La chambre à eau 5, oré-. vue à l'avant de la chaudière, est reliée par une tubulure 8 à la tuyauterie d'eau chaude partant de la chaudière. Dans la paroi antérieure de la chaudière sont prévues deux paires de portes 2,3 pour le foyer.
Une paire 3 est disposée au- dessus et l'autre paire 2 au-dessous de la grille amovible 1 dans. la partie inférieure du puits. La grille 1 est consti- tuée par des tubes fixés entre les chambres à eau antérieure et postérieure 5 et en du foyer. On fait circuler de l'eau dans les tubes 1 de la grille pour les refroidir. Dans la paroi postérieure 27, 31 du foyer est pratiquée une ouverture 30 à travers laquelle les produits de combustion passent dans d'autres parties de la chaudière. En un certain point de la trémie est prévue une hotte 27 descendant obliquement d'un point relativement élevé de la paroi postérieure du foyer et s'arrêtant à une hauteur appropriée au-dessus, de la grille 1, par exemple un peu au-dessus du niveau du bord su- périeur de l'ouverture 30.
Ladite hotte 27 est formée par une paroi remplie d'eau communiquant avec les autres chambres à eau de la chaudière par des conduits 25, 28. Le but de la hotte 27 est d'augmenter la séparation en 29 pour l'ouverture 30 de sortie des gaz dans la paroi inférieure de la trémie, à l'endroit où sortent les produits de combustion. Il en ré- sulte que la résistance de l'ouverture 30 à l'échappement des gaz de la trémie est réduite par suite de la vitesse plus faible dans l'espace de séparation 22.
Ceci est avanta- geux lorsqu'on utilise un combustible à petits grains., tel que le charbon, le coke'.;,. la sciure de bois, etc...La chau- dière devient légalement moins sensible à l'accumulation des cendres et du mâchefer à l'endroit de l'orifice de sortie 30.
On sait que cette accumulation peut entraîner une résistance considérable.
Les produits de combustion sortant par l'ouverture 30 @
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sont introduits dans une chambre de combustion secondaire 41, tout en étant mélangés avec de l'air secondaire entrant par une ouverture 32, Cette ouverture 32 est munie d'un régu- lateur 33 permettant de régler la quantité de l'air secon- daire introduit. La chambre de combustion secondaire 41 peut contenir un thermostat 42 oui détermine l'ouverture du régulateur ou registre 33. Cette chambre de combustion secondaire 41 est interposée entre la chambre à eau verticale postérieure 26 de la trémie et une autre chambre à eau 40, également verticale. Ces chambres à eu communiquent avec le chambres longitudinales 85 de la chaudière.
La partie 31 de la paroi postérieure de la trémie., qui se trouve au-desson de l'orifice de sortie 30, est remplie d'eau et incurvée d'abord en arrière et ensuite vers le haut pour diriger les gaz de combustion dans la chambre de combustion secondaire 41- Cette partie 31 de la paroi forme avec la chambre à eau verti cale 46' les surfaces limitant l'orifice d'entrée d'air secon- daire.
Les gaz de combustion sont obligés- de circuler de bas en haut dans la chambre de combustion secondaire 41, par un conduit sensiblement en S, indiqué en 37 et formé par des écrans horizontaux 36 et 38 s'étendant vers l'intérieur de la chambre de combustion secondaire 41 en partant respecti- vement des parois 26 et 40. Les écrans 36 et 38 sont égale- ment remplis d'eau, et destinés à mélanger les gaz de combus- tion avec l'air secondaire entrant dans la chaudière. On a trouvé qu'il était très difficile de mélanger les gaz de combustion avec l'air secondaire.
L'entrée d'air secondaire débouche' dans la partie inférieure du conduit mélangeur 37 à travers un certain nombre de fentes obliques 34. paral- lèles à la direction longitudinale de la chaudière, pour divi- ser l'air secondaire en un certain nombre de filets parallè- les. De cette manière les courants de gaz de combustion et
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d'air secondaire sont obligés à se mélanger efficacement l'un avec l'autre, et le mélange est complété aux points de changement de direction qui suivent immédiatement de-la ma- nière précédemment décrite.
Grâce à ces changements de direc- tion, on obtient un violent mouvement de turbulence du mélan- ge gazeux, ce qui permet d'obtenir une combustion complète avec un minimum d'air additionnel.
Il peut être souhaitable de prolonger vers le haut les bords des fentes 34, pour former des éléments directeurs de l'air secondaire, de telle manière que ces éléments s'ar- rêtent à peu près au niveau du bord inférieur de l'écran ho- rizontal inférieur 36. Il en résulte encore une division des gaz de combustion en courants partiels, qui facilite le mélange efficace avec l'air secondaire.
La température dans la chambre de combustion secon- daire 41 varie avec la charge et l'excédent d'air, de telle manière que la température soit d'autant plus élevée que la charge est plus importante. D'autre part, la température à l'intérieru de la chambre de combustion secondaire est d'autant plus filble, pour une même- charge que la Quantité d'air supplémentaire est plus grande.
La quantité d'air se- condaire nécessaire pour les charges élevées est plus impor- tante que pour-les faibles charges, et elle est plus faible pour un grand excédent d'air que pour un excédent plus réduit- Si on place dans la chambre de combustion secondaire 41 un corps sensible 42, dont la longueur varie en fonction de la température, ce corps peut servir à augmenter ou à réduire automatiquement l'ouverture de passage de l'air secondaire à l'aide d'un registre 33, suivant que la température de la chambre de combustion secondaire s'abaisse ou s'élève. par exemple, lorsque la zone de feu présente des cavernes, on obtient un excédent considérable d'air primaire et une faible température dasn la chambre de combustion, en même
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temps. qu'une diminution de l'air secondaire.
S'il se pro- duit un glissement dans la zone de feu, il en résulte une augmentation brusque de l'intensité de combustion, avec une demande importante d'air secondaire. La température de le chambre de combustion secondaire s'élève, tandis que l'arri- vée d'air secondaire augmente en même temps.
En sortant de la chambre de combustion secondaire 41 les gaz de combustion entrent dans la zone de convexion de la chaudière de chauffage.Cette zone est formée par un certain nombre de cloisons planes, de forme plate, placées verticalement 40,49,80, 56 et 77, qui descendent alternative- ment du dessus de la chaudière et s'élèvent du fond. Il en résulte que les gaz de combustion circulant dans des con- duits verticaux formés par ces cloisons 84, Si, 74, 76, sont obligés de suivre un trajet en zig-zag avant de quitter la chaudière par la tubulure de sortie 73. Les gaz de combustion entrent dans la zone de convexion par une ouverture 44 prati- quée dans le dessus de la partie postérieure de la chambre de combustion secondaire.
A cet effet la paroi postérieure 40, remplie d'eau, ne s'étend pas entièrement jusqu'à la paroi supérieure de la chaudière. Les faces des cloisons 40, 49,m 80, 56 et 77, en regard les unes des autres, sont munies de brides verticales 62, qui sont également placées en regard les unes des autres par paires et se touchent presque. Ces brides divisent le courant gazeux en filets partiels paral- lèles.
Un détail important, permettant d'obtenir des vitesses économiques élevées des gaz; consiste en ce que les conduits 84, Si, 74, 76 de lu chaudière se présentent sous la forme de diffuseurs 82, 63, 76, 61 à l'endroit de chaque changement de direction, c'est-à-dire aux points où les gaz descendent remontent, et inversement, de sorte que la vitesse des gaz est
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réduite avant le changement de direction. VEci est obtenu par le fait Que des extrémités 83, 53, 78, 61 des cloisons 40, 49, SC, 56, 77 sont conformées en biseau à l'endroit des coudes 82, 52, 790, 60 du système de circulation des gaz.
Il en résulte Que les conduits présentent en ces points une section progressivement croissante. Les pertes de pression sont ainsi réduites à une-valeur admissible dans les coudes 82, 52, 7.ce 60. Sans cet agencement, la somme des chutes des pressions dans les coudes seraient prédominantes, ce Qui n'est pas souhaitable, étant donné que seules les chutes de pression dues au frottement le long de la surface de chauffa- ge contribue efficacement à améliorer la transmission de la chaleur.
Les cloisons 40, 49, 80, 56, 77 communiquent avec les chambres à eau longitudinales 85 de la chaudière de chauffage, entre une bride horizontale de la paroi 26 et de la cloison 9 est prévue une ouverture 49 qui est fermée par un couvercle amovible 46. Les couvercles 50 et 57 ferment également des ouvertures 51 et 57 pratiquées dans le dessus de la chaudière 30 entre les cloisons 49 et 56, et entre les cloisons 56 et 77. De ces couvercles , les premiers 46 et 50 sont munis sur la face inférieure d'une plaque de protec- tion 48 et 55, et comportent une garniture 6' isolement 47 et 5 par exemple en laine de verre, tandis que le dernier couvercle 57 est d'une construction plus simple et ne comport' aucun isolement, étant donné le refroidissement des gaz de combustion.
Sur le dessus de la chambre de combustion se- condaire et de la chambre de convexion, une plateforme amo- vible 45 est placée sur des supports appropries en .fer pro- filé. On suppose au'une certaine quantité d'air secondaire entre par l'orifice 59 ménagé par la plateforme 45 à l'extré- mité positéro-supériuer du système de convexion, que cet air
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circule le long de l'espace au-dessous de la plateforme et pénètre dans des conduits verticaux 39 sur les cotés de la @ chambre de combustion secondaire 41 pour entrer finalement,
convenablement chaufféedans la chambre de combustion secondai- re 41 à travers l'orifice 432 formant l'entrée de l'air secon- diare.
Les gaz de combustion sont évacués à l'extrémité su- périeure du dernier conduit 62. de la chaudière, pour pénétrer ensuite dans un conduit d'évacuation verticale 62 communi- quant avec un ventilateur 68 par une tubulure centrale 66, et ensuite avec la cheminée par un carneau à fumée 73 prévu au Condé La ventilateur 68 communique à son tour avec le car- neau à fumée 73. Le conduit d'évacuation 62 contient deux papillons dont l'un, 64, est prévu en avant de la tubulure 68 et l'autre, 75, à l'arrière de cette tubulure. Le premier
64 papillon/est maintenu suffisamment ouvert pour régler l'éva- cuation des gaz de combustion.
Le papillon 75, par contre, est maintenu fermé pour empêcher la circulation en circuit fermé du volume gazeux, sous le papillon supérieur 64, et à travers le ventilateur 68. Le carter du ventilateur 67 est muni d'un support 69 pour le moteur 70. Celui-ci entraîne l'arbre 72 durotor à l'aide d'une courroie 71.
Les côtés longitudinaux et la face postérieure de la chaudière de chauffage sont recouverts d'une couche de ma- tière isolante 65.
En ce qui concerne l'agencement de la surface de chauffage et celui du ventilateur, la chaudière de chauffage est construite de façon à assurer dans le système à convexion la vitesse avantageuse des gaz précédemment indiqués et com- prise entre .3 à 10 nm m2s et plus particulièrement au niveau de 6 nm3j2s, ou à une valeur voisine.
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nu U ib â .
1.- Chaudière de chauffage comportant une trémie à combustible et un système de conduits partant de cette trémie, et dans lequel des cloisons remplies d'eau communiquant avec les chambres à eau de la chaudière conduisent les gaz de combustion en zig-zag avant leur évacuation vers la cheminée, chaudière dans laquelle un ventilateur est agencé entre le système des conduits et la cheminée, et caractérisée en ce que le système des conduits est agencé pour former une zone de convexion à coefficient élevé de transmission de la chaleur parmaintien de la'vitesse de circulation des gaz de combustion dans les limites de 3 à 10 nm les,
par une adaptation appro- priée de la capacité du ventilateur par rapport à la surface de chauffe de la chaudière. vitesse des ga de combustion dans le système des conduits est maintenue à 6 nm3/m2s ou à proximité de cette valeur.
8.- Une chambre de combustion secondaire est agencée entre la trémie à combustible et le système aes conduits.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Heating boiler with reduced heating surface due to improved convection.
The present invention relates to a heating boiler for obtaining an improved convection by heating a special construction and in which the area / is at the same time reduced.
Heating boilers of this type have a fuel storage compartment and an evacuation tank system connected to said compartment, into which water circulation partitions communicating with the water chamber of the heating boiler lead. zig-zag combustion products before letting them exit to the exhaust duct which is usually the chimney.
The draft required for the heating boiler is usually produced by a chimney. liais, for some
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In this case, it has been proposed to improve the draft using a fan. A fan of this kind has also been used to overcome any excessive resistance from the fuel bed or grate. No attempt has been made to obtain an increase in the velocity of the gas flow in the boiler ducts beyond the normal velocity resulting from a good chimney, and other satisfactory draft conditions.
This drawing speed may be allowed equal to or less than 1.5 m3 / m2s when the gas volume is reduced and expressed in m for a temperature of 6 C and 760mm (CUB3S METERS per m2 of heating surface and per second.
For heating boilers incorporating a fan it has been found to be economical and advantageous to increase the speed of the gases in the ducts above the usual speed. With a higher speed of the gases it is found that the coefficient of Heat transmission of the heating surfaces is increased, resulting in a reduction in the heating surface required for some applications. As a result, the bulk and dimensions of the heating boiler can be reduced.
Now, it can be shown that if the speed of the gases is increased above a certain limit, the expenditure resulting from the consumption of motive power by the fan increases more rapidly than the expenditure for the surface of the fan. heated. The present invention is based on the finding that a higher gas velocity is desirable and that such a velocity can be determined to be the most economical, i.e., a velocity at which the total expense of operation for the production of the print and the annuity for the necessary heating surface can be set to a minimum.
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The pressure drop @ in the ducts of the heating boiler can be expressed by the formula
P = A. Wn
For the heat transmission factor k, the formula for the heating area per connection is approximately as follows: k = B.Wm
In these expressions A, B, m, m are constant, and W is the gas velocity in the boiler ducts, expressed in mm3 / m2s.
The total expenditure of motive force for the fan and of the annuity for the heating surface by convection can be expressed as follows:
K = P. G. r. Z + E. at
In this, formula
G is the gas volume per unit of time r is the cost of driving force
E is the heating surface by convection a is the annuity per m2 of heating surface is the operating time per year.
The cooling in the boiler ducts is expressed by the following relation;
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where t1 is the temperature of the gases before the heating by conexio t2 is the temperature of the gases after the heating by convection tv is the temperature of the heating surface
Cp is the specific heat of the gases in the ducts.
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When it is desired to cool the gases in the ducts to a certain value independently of variations in the speed of the gases and the heating surface; we can operate according to the relation
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where C is constant.
The aforementioned expression for the expenditure K can also be described as follows:
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If the expenditure K is calculated with respect to the speed of the agas for a constant value of the gas volume per unit of time, we obtain this
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The value of the gas velocity W, giving a minimum for the expenditure K is obtained by equaling 0 to this derivative. We therefore obtain the following expression for the value
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economic of, 7v- ïî e = C. ,. m 3,. mol''n (.
B. .. not
The applicant's research has shown that the value of 2.6 can be adopted with sufficient security for the value m + n, ll as a result that the variations in expenditure for the boiler and for the motive power, 0. and $ r, as well as for the, duration of operation have 2 no significant effect on the economic speed of the gases We. The defendant deduced from this that there is an economic value of the speed of the gases and that this value We varies quite slightly dns the case of changes in expenditure and mode of operation.
Research has also shown that We is maintaining itself normally
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at about 6 nm "3 / m" s and that this value is valid for the general case. We find that in the vicinity of the economic sight U for the speed of the gases,: The expenditure K varies very slightly. The applicant has found that from a practical and economic point of view it is sufficient that the speed of the gases be maintained.
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between and 10 nu '/ L: s. As examples, Figure 1 of the accompanying drawing shows a diagram of the relationship between al expenditure K per year for cooling the current ga, - zeux in nm per hour of operation, and the speed of
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gas' ..1 in nlli / mc..s in the duct system.
It was assumed that the gas stream arrives on the connection surface
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at a temperature of 11000 and leaves the surface cooled to: dC3. Other p: o'rt ,. it is assumed that the number of 24-hour operating days per year of the chuffing surface is 240. All of these values are very normal. The diagram shows that the expenditure per year
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reaches its minimum for a gas velocity of 6nm "m" ss and that 11-, curve corresponding to this value is relatively flat j which means that the gas velocity 'J can be varied between; 3 and 10 nm / m' 's free That results in a considerable increase in expenditure per year.
The invention relates to a heating boiler of the aforementioned type comprising a fuel hopper and a flue system, as well as a fan arranged between the flue system and the outlet of the combustion products, in this case the chimney. According to the present invention, the duct system is constructed in the form of a convection surface having a high coefficient of heat transfer, which is achieved by a gas velocity.
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between 3 and ICI n1. "rJ.3 / l" [/ 'S. This is achieved by an appropriate adaptation of the fan capacity in relation to the heating surface of the boiler.
The invention
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relates more particularly to a heating boiler in which the speed of the gases in the caranauxz system is 6 nm / m s: or remains in the vicinity of this value. In the case of large installations, supplying for example a ..million thermal units per hour for large buildings or similar applications, the convection heating surface can be reduced to half with a good economy.
It is evident that in this way a considerable saving of space and expense is achieved, and moreover, and by the present invention it becomes possible to exceed the upper limit for the production of heat in a single unit of heat. boiler, which has been practically fixed so far for the possibility of its installation in a block of houses, for example.
Compared to heaters known until now; in which the quantity of gases is increased by an increase in the speed, the water chambers of the pipes of the boiler according to the invention are constructed in the form of flat walls.
For the heating boiler according to the invention, it is possible to imagine other modifications compared to known boilers, while making use of known principles, in particular for the construction of boilers of large dimensions. However, it should be noted that a special device is provided when a secondary combustion chamber is arranged between the fuel hopper and the cafaxu system,
Figures 2 to 4 of the accompanying drawing show a heating boiler constructed according to the data of the invention.
Figure 2 is a longitudinal sectional view of the heating boiler.
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Figure 3 is a horizontal sectional view of the boiler.
Figure 4 is an end view on the rear of the boiler.
The boiler shown comprises a fuel hopper 4 in the form of a well which is inserted into the boiler from above. The hopper is closed by a removable cover 14, the construction of which will be described below. The cover 14 is hermetically sealed by a groove 13 on the upper edge 9 of the trim A- by means of a lever mechanism 12, 21 it can be lifted to a position in which it rests on two pairs of wheels. 11, 22, using appropriate mechanisms. The arrangement is such that the raised cover can be moved to one side on rails formed by irons at 2, indicated at 10, 23 on the top of the boiler.
The opening of the hopper is thus largely clear to allow the introduction of large pieces of fuel such as wood. The cover 14 itself has an opening 15 closed by another smaller cover 16, closed by means of a bayonet lock and intended for the introduction of fuels in smaller pieces such as coal. The set of lids is lined with protective plates 18, 24 on the inside. Above these plates is provided an insulating lining made of glass wool, asbestos or similar material.
The vertical walls of the hopper are constructed in the form of flat and flat water chambers 5, 26, 31, 85 the water chambers 85 of the two longitudinal walls of the boiler widen upwards to form longitudinal chambers 6 at the top. - below the top of the boiler. The return water pipe opens into a
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of these chambers by a pipe 7. The water chamber 5, or-. seen at the front of the boiler, is connected by a pipe 8 to the hot water piping leaving the boiler. In the front wall of the boiler are provided two pairs of doors 2, 3 for the fireplace.
One pair 3 is arranged above and the other pair 2 below the removable grid 1 in. the lower part of the well. The grid 1 is formed by tubes fixed between the anterior and posterior water chambers 5 and at the hearth. Water is circulated in the tubes 1 of the grid to cool them. In the rear wall 27, 31 of the fireplace is formed an opening 30 through which the combustion products pass into other parts of the boiler. At a certain point of the hopper there is provided a hood 27 descending obliquely from a relatively high point on the rear wall of the hearth and stopping at a suitable height above the grate 1, for example a little above. from the level of the upper edge of the opening 30.
Said hood 27 is formed by a wall filled with water communicating with the other water chambers of the boiler through conduits 25, 28. The purpose of the hood 27 is to increase the separation at 29 for the outlet opening 30. gases in the bottom wall of the hopper, where the combustion products exit. As a result, the resistance of the opening 30 to the escape of gases from the hopper is reduced as a result of the lower velocity in the separation space 22.
This is advantageous when using a small grain fuel, such as coal, coke '.;,. sawdust, etc. The boiler legally becomes less sensitive to the accumulation of ash and clinker at the location of the outlet 30.
It is known that this accumulation can lead to considerable resistance.
The combustion products leaving through the opening 30 @
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are introduced into a secondary combustion chamber 41, while being mixed with the secondary air entering through an opening 32, This opening 32 is provided with a regulator 33 making it possible to adjust the quantity of the secondary air introduced. The secondary combustion chamber 41 can contain a thermostat 42 yes determines the opening of the regulator or register 33. This secondary combustion chamber 41 is interposed between the rear vertical water chamber 26 of the hopper and another water chamber 40, also vertical. These rooms had to communicate with the longitudinal chambers 85 of the boiler.
The part 31 of the rear wall of the hopper., Which lies below the outlet port 30, is filled with water and curved first backwards and then upwards to direct the combustion gases into. the secondary combustion chamber 41- This part 31 of the wall forms with the vertical water chamber 46 'the surfaces limiting the secondary air inlet orifice.
The combustion gases are forced to circulate from bottom to top in the secondary combustion chamber 41, by a substantially S-shaped duct, indicated at 37 and formed by horizontal screens 36 and 38 extending towards the interior of the chamber. secondary combustion 41 starting from the walls 26 and 40 respectively. The screens 36 and 38 are also filled with water, and intended to mix the combustion gases with the secondary air entering the boiler. It has been found to be very difficult to mix the flue gases with the secondary air.
The secondary air inlet opens into the lower part of the mixing duct 37 through a number of oblique slits 34 parallel to the longitudinal direction of the boiler, to divide the secondary air into a number. parallel threads. In this way the flue gas streams and
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secondary air are forced to mix effectively with each other, and mixing is completed at the points of direction change immediately following in the manner previously described.
Thanks to these changes of direction, a violent turbulence movement of the gas mixture is obtained, which makes it possible to obtain complete combustion with a minimum of additional air.
It may be desirable to extend the edges of the slits 34 upwards to form secondary air directing elements, such that these elements stop at approximately the lower edge of the screen ho - lower rizontal 36. This further results in a division of the combustion gases into partial streams, which facilitates efficient mixing with the secondary air.
The temperature in the secondary combustion chamber 41 varies with the load and the excess air, so that the temperature is higher the greater the load. On the other hand, the temperature inside the secondary combustion chamber is all the more filterable, for the same load, the greater the quantity of additional air.
The quantity of secondary air required for high loads is greater than for low loads, and it is lower for a large excess air than for a smaller excess. If placed in the chamber secondary combustion 41 a sensitive body 42, the length of which varies as a function of the temperature, this body can be used to automatically increase or reduce the opening of the passage of the secondary air using a register 33, according to whether the temperature of the secondary combustion chamber rises or falls. for example, when the fire zone has caverns, a considerable surplus of primary air is obtained and a low temperature in the combustion chamber, at the same time.
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time. than a decrease in secondary air.
If a slip occurs in the fire zone, the result is a sudden increase in combustion intensity, with a high demand for secondary air. The temperature of the secondary combustion chamber rises, while the inflow of secondary air increases at the same time.
On leaving the secondary combustion chamber 41 the combustion gases enter the convection zone of the heating boiler. This zone is formed by a certain number of flat partitions, of flat shape, placed vertically 40,49,80, 56 and 77, which descend alternately from the top of the boiler and rise from the bottom. As a result, the combustion gases circulating in vertical ducts formed by these partitions 84, Si, 74, 76, are forced to follow a zig-zag path before leaving the boiler through the outlet pipe 73. The Combustion gases enter the convection zone through an opening 44 made in the top of the rear part of the secondary combustion chamber.
For this purpose, the rear wall 40, filled with water, does not extend entirely to the upper wall of the boiler. The faces of the partitions 40, 49, m 80, 56 and 77, facing each other, are provided with vertical flanges 62, which are also placed facing each other in pairs and almost touch each other. These flanges divide the gas stream into parallel partial streams.
An important detail, allowing to obtain high economic speeds of gases; consists in that the pipes 84, Si, 74, 76 of the boiler are in the form of diffusers 82, 63, 76, 61 at the point of each change of direction, that is to say at the points where the gases descend back up, and vice versa, so that the speed of the gases is
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reduced before the change of direction. VEci is obtained by the fact that the ends 83, 53, 78, 61 of the partitions 40, 49, SC, 56, 77 are shaped as a bevel at the location of the elbows 82, 52, 790, 60 of the gas circulation system .
The result is that the ducts have a progressively increasing section at these points. The pressure losses are thus reduced to an allowable value in the elbows 82, 52, 7.ce 60. Without this arrangement, the sum of the pressure drops in the elbows would be predominant, which is not desirable, given that only pressure drops due to friction along the heating surface effectively contributes to improving heat transmission.
The partitions 40, 49, 80, 56, 77 communicate with the longitudinal water chambers 85 of the heating boiler, between a horizontal flange of the wall 26 and of the partition 9 is provided an opening 49 which is closed by a removable cover 46. The covers 50 and 57 also close openings 51 and 57 made in the top of the boiler 30 between the partitions 49 and 56, and between the partitions 56 and 77. With these covers, the first 46 and 50 are provided on the underside of a protective plate 48 and 55, and have an insulating gasket 6 '47 and 5, for example of glass wool, while the last cover 57 is of a simpler construction and has no insulation. , given the cooling of the combustion gases.
On top of the secondary combustion chamber and convection chamber, a removable platform 45 is placed on suitable supports of profiled iron. It is assumed that a certain quantity of secondary air enters through the orifice 59 formed by the platform 45 at the positéro-superior end of the convection system, that this air
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circulates along the space below the platform and enters vertical ducts 39 on the sides of the secondary combustion chamber 41 to finally enter,
suitably heated in the secondary combustion chamber 41 through the orifice 432 forming the inlet of the secondary air.
The combustion gases are evacuated at the upper end of the last duct 62 of the boiler, to then enter a vertical exhaust duct 62 communicating with a fan 68 via a central pipe 66, and then with the outlet. chimney by a smoke flue 73 provided for the Condé The fan 68 in turn communicates with the smoke fire 73. The exhaust duct 62 contains two butterflies, one of which, 64, is provided in front of the pipe 68 and the other, 75, at the rear of this tubing. The first
64 throttle / is kept open enough to regulate the discharge of combustion gases.
The throttle 75, on the other hand, is kept closed to prevent the closed circuit circulation of the gas volume, under the upper throttle 64, and through the fan 68. The fan housing 67 is provided with a support 69 for the motor 70. This drives the rotor shaft 72 by means of a belt 71.
The longitudinal sides and the rear side of the heating boiler are covered with a layer of insulating material 65.
With regard to the arrangement of the heating surface and that of the fan, the heating boiler is constructed in such a way as to ensure in the convection system the advantageous speed of the gases previously indicated and comprised between .3 to 10 nm m2s and more particularly at the level of 6 nm3j2s, or at a close value.
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1.- Heating boiler comprising a fuel hopper and a system of conduits starting from this hopper, and in which partitions filled with water communicating with the water chambers of the boiler conduct the combustion gases in a zig-zag way before their exhaust to the chimney, boiler in which a fan is arranged between the duct system and the chimney, and characterized in that the duct system is arranged to form a convection zone with a high coefficient of heat transmission by maintaining the ' flow rate of combustion gases within the limits of 3 to 10 nm les,
by an appropriate adaptation of the fan capacity in relation to the heating surface of the boiler. rate of combustion ga in the duct system is maintained at or near 6 nm3 / m2s.
8.- A secondary combustion chamber is arranged between the fuel hopper and the duct system.
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