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GENERATEUR D'EAU CHAUDE ET OU DE VAPEUR A CIRCULATION FORCEE.
La présente invention concerne les générateurs d'eau chaude et/ou de vapeur, à circulation forcée.
Elle a pour objet des perfectionnements à ces générateurs qui permettent notamment d'améliorer l'échange thermique et d'obtenir une grande intensité de combustion dans la chambre de combustion.
Selon l'un de ces perfectionnements, la chambre de combustion du générateur est précédée d'une chambre de combustion auxiliaire munie d'injec- teurs secondaires et entourant une tuyère dans laquelle est placé l'injecteur principal et dans laquelle est admis l'air primaire pour brûler le combusti- ble provenant de cet injecteur principal.
' Dans un mode de réalisation avantageux de ce perfectionnement, la chambre de combustion principale est cylindrique et la chambre de combus- tion auxiliaire est annulaire.
Dans un autre mode de réalisation également avantageux de ce per- fectionnement, la chambre de combustion principale est, par exemple, de sec- tion rectangulaire et la chambre de combustion auxiliaire est formée de deux chambres élémentaires ou devantage disposées autour de la tuyère.
Selon un autre perfectionnement qui peut être mis en oeuvre iso- lément ou en combinaison avec le premier, le générateur est du type multitu- bulaire et les tubes sont jointifs ou mécaniquement reliés longitudinalement les uns aux autres en formant une cloison étanche sensiblement en spirale, ce qui détermine au moins un espace en spirale qui est parcouru par les gaz chauds de combustion.
Dans un mode de réalisation préféré de ce perfectionnement, un tube du faisceau communique à l'une de ses extrémités avec un tube d'une des
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spires adjacentes et, à son autre extrémité, avec un tube de l'autre spiré adjacentel'eau froide arrivant au faisceau tubulaire par les tubes de la spire extérieure alors que l'eau chaude ou la vapeur en sort par les tubes de la spire la plus près du centre.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaitront dans la description de deux modes de réalisation du générateur selon l'invention donnée ci-après à titre d'exemples non limitatifs avec ré- férence aux dessins annexés dans lesquels :
La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un premier mode de réa- lisation ;
La fig. 2 en est une coupe transversale;
La fig. 3 est une vue en coupe des tubes;
La fig. 4 est une vue en coupe à plus'grande échelle des chambres de combustion;
La fig. 5 représente en perspective un autre mode de réalisation des chambres de combustion;
La fig. 6 est une vue en élévation des tubes d'eau.
Tel qu'il est représenté aux fig. 1 à 4, le générateur de vapeur selon l'invention comprend une enveloppe cylindrique 1 fermée à sa partie su- périeure par un couvercle amovible 2 et,à sa partie inférieure par un pla- teau 3 et une culasse 4 ; enveloppe a une section circulaire dans l'exem- ple représenté, mais elle pourrait bien entendu, avoir une section différen- te, par exemple ovale. A l'intérieur de l'enveloppe 1 est disposé un élément cylindrique 5 fixé à sa partie inférieure sur le plateau 3 et obturé à sa partie supérieure par un deuxième plateau 6 doublé par une culasse 7. Les culasses sont amovibles et fixées sur les plateaux par des boulons de manière à être facilement démontables.
Le conduit annulaire 8 existant entre les en- veloppes 1 et 5 est muni,à sa base, d'une ouverture 9 pour l'arrivée de l'air de combustion et débouche dans une chambre 10 ménagée à la partie supérieure du générateur.
Dans les plateaux 3 et 6'sont mandrinées les extrémités de tubes d'eau 11 qui sont disposés en formant une spirale et en laissant au centre un espace 12 ; spirale peut être simple comme représenté au dessin ou multiple. Les tubes appartenant à une spire sont mis en communication avec les tubes des spires adjacentes par des conduits en spirale 13 et 14 ménagés respectivement entre le plateau 3 et la culasse 4 et entre le plateau 6 et la culasse 7. Ces tubes sont ainsi reliés à un conduit d'arrivée d'eau 15 disposé près de la spire extérieure et à un conduit d'évacuation de vapeur 16, par l'intermédiaire d'un collecteur annulaire 17 disposé près. de la spi- re la plus extérieure.
Les tubes 11 sont munis sur leur face extérieure de deux ailettes longitudinales de liaison 18 diamétralement opposées (fig. 3). Lors du mon- tage des tubes dans le générateur, les extrémités des ailettes 18 de chaque tube sont soudées aux extrémités des ailettes du tube voisin appartenant à la même spire. De cette manière, les tubes avec leurs ailettes déterminent un espace en spirale 19 communiquant d'une part avec l'espace central 12 et d'autre part avec un conduit d'évacuation des fumées 20. Les tubes pourront également être munis, si on le désire, (fig. 6) d'ailettes 37 pour augmenter la transmission des calories.
La chambre de combustion des générateurs comprend un tube cylin- drique en tôle d'acier réfractaire 21 qui est doublé par une enveloppe 22..
L'ensemble est placé à la partie supérieure de l'espace central 12 et est fixé au plateau 7. Le conduit 23 existant entre les deux tubes communique avec l'espace 10 et, par l'intermédiaire d'ouvertures d'admission d'air 24, avec la partie inférieure de la chambre de combustion. La partie supérieure de cette dernière communique également avec cet espace 10 par des ouvertures d'admission d'air 25. Ces ouvertures 24 et 25 sont disposées sensiblement tangentiellement.
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La chambre de combustion cylindrique est surmontée par une cham- bre de combustion annulaire auxiliaire 26 à l'intérieur de laquelle est pla- cée une tuyère convergente divergente 27 en acier au nickel et dont la pa- roi externe est concave vers l'intérieur.
Au centre de la tuyère 27 est disposé l'injecteur principal 28 qui alimente en combustible pulvérisé la chambre cylindrique 21 et autour duquel est disposé une rangée d'aubes 29 inclinées pour assurer un mouvement tourbillonnaire à l'air traversant la tuyère.
La chambre annulaire 26 est munie sur sa paroi externe et sur sa paroi interne d'orifices d'admission d'air 30 et 31 et comporte plusieurs in- jecteurs de combustible 32. La référence 33 désigne la bougie d'allumage.
L'air d'alimentation de la chambre de combustion pénètre dans le générateur par l'ouverture 9 et circule autour du générateur par le con- duit annulaire 8,en récupérant la chaleur perdue par les parois, il arrive ainsi réchauffé dans l'espace 10.
Une partie de cet air pénètre alors par les ouvertures 30 et 31 dans la chambre annulaire 26 dans laquelle elle assure là combustion du com- bustible injecté en 32. La combustion primaire dans cette chambre est réa- lisée à faible vitesse, de sorte que la flamme reste accrochée dans la cham- bre pour tous les régimes de fonctionnement. Cette flamme est utilisée, tout d'abord comme flamme pilote, ensuite, elle chauffe fortement la paroi métal- lique de la tuyère centrale 27 et, enfin, elle produit des gaz de combustion a une température très élevée.
L'air et le combustible qui alimentent la chambre cylindrique traversant la tuyère 27 et comme la paroi de cette dernière est portée à hau- te température, le rayonnement intense vaporise en partie le combustible pul- vérisé et préchauffe l'air. A la sortie de la tuyère, le combustible et l'air se mélangent avec les gaz chauds, provenant de la chambre annulaire. Le com- bustible est vaporisé complètement et le mélange carburé en contact avec les gaz chauds, est porté à une température supérieure à son point d'inflammation.
De ce fait, le retard à l'inflammation du mélange carburé diminue et son pré- chauffage augmente la vitesse de la réaction cinétique de combustion, de sor- te que le front de flamme se stabilise à l'entrée de la chambre cylindrique, en 34.
Comme la vitesse de réaction de combustion d'un mélange carburé est fonction de la température de préchauffage; la chambre selon l'invention permet à volonté d'augmenter la vitesse de combustion, uniquement par aug- mentation du débit de combustible brulé dans la chambre annulaire.
On peut ainsi stabiliser le front de flamme dans la chambre cy- lindrique, pour un grand régime d'écoulement gazeux, et, par conséquent, aug- menter l'intensité de combustion de la chambre.
L'air secondaire pénètre dans la chambre cylindrique¯21, par les ouvertures 24 et 25. L'air qui passe par les ouvertures 24, circule aupara- vant autour de la chambre pour refroidir ses parois.
Par ailleurs, comme le combustible pulvérisé par l'injecteur prin- cipal 28, traverse la tuyère 27 dont la paroi est portée à haute température et comme cette paroi est constituée en tôle d'acier chargé en nickel, "l'ef- fet de parois incandescentes" produit un phénomène de catalyse, qui favorise la réaction de combustion des combustibles lourds, ou du charbon pulvérisé.
Par cette disposition de chambre superposées, à combustion éta- gée, on peut augmenter l'intensité de combustion, et brûler facilement des combustibles très lourds. Ce type de chambre peut être utilisé dans tous les domaines où l'on a besoin de produire des gaz chauds et de développer une grande quantité de chaleur dans un faible volume. Il peut être utilisé avan- tageusement pour brûler du charbon pulvérisé, ou du déchet de combustible à condition d'alimenter la flamme de préchauffage de la chambre annulaire, en combustible de bonne qualité, ou avec du combustible gazeux.
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Les gaz de combustion provenant de la chambre-centrale 12 pénè- trent tangentiellement, dans le faisceau tubulaire par l'espace en spirale 19 (fig. 2). Ils s'éloignent au fur et à mesure, vers la périphérie du fais- ceau et sortent finalement du générateur par l'ouverture d'évacuation 20.,'Du- rant ce trajet, ils lèchent les tubes d'eau 11, tangentiellement et non lon- gitudinalement. On crée ainsi une forte turbulence des gaz, ce qui a pour ef- fet de diminuer la couche limite sur la périphérie des tubes et, par consé- quent, d'augmenter le coefficient d'échange par convection forcée.
L'eau pénètre dans le générateur par l'orifice 15, dans le col- lecteur 15 a pratiqué dans le plateau 3 et la culasse inférieure 4. L'eau est répartie ensuite dans les tubes de la première spire du faisceau; puis' elle pénètre dans les tubes de la deuxième spire, par le conduit 14. La-cir- culation de l'eau continue ainsi à travers tout le faisceau et la vapeur sort finalement de la dernière rangée tubulaire du centre, dans le collec- teur 17, qui l'envoie au conduit de sortie 16.
La circulation des fluides, à l'intérieur, se fait à contre courant. L'eau circule dans le faisceau tubulaire de l'extérieur vers l'in- térieur du générateur, tandis que les gaz circulent de l'intérieur vers l'extérieur.
Au point de vue constructif, la disposition à tubes verticaux présente un grand avantage au point de vue du montage et de la facilité du nettoyage. Etant donné que les culasses 4 et 7 sont démontables, les pla- teaux 3 et 6 avec les conduits 14 et 13 sont facilement mis à jour. Ainsi, le nettoyage des tubes à l'intérieur est aisé et leur remplacement facile.
Par ailleurs, les conduits 13 et 14 assurent le refroidissement des plateaux qui sont exposés aux gaz chauds, par leur face interne.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion qui vient d'être décrit et on peut y apporter des modifications sans sortir du cadre du présent brevet. Les chambres de combustion pourraient notamment être plates ; exemple d'une telle disposition est représenté à la fig. 5 dans laquelle on voit en 35 la chambre de combustion principale qui est ici de section rectangulaire et en 36 la chambre de combustion pri- maire qui est constituée par deux éléments cylindriques ayant leurs axes perpendiculaires au trajet des gaz. Les autres références désignent les mê- mes organes que dans le mode de réalisation précédemment décrit.