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APPAREIL DE CHAUFFAGE A COMBUSTIBLE LIQUIDE OU GAZEUXo
La présente invention est relative à des appareils de chauffage à combustible liquide ou gazeux, tels que ces chaudières de chauffage central aussi bien que divers genres de fours, et a pour but d'améliorer l'économie de combustible de ces appareils. Suivant la présente invention, on aboutit à ce résultat en munissant la chambre de combustion d'une ou de plusieurs inser- tions disposées à la portée des flammes et consistant en boulets., serpentins, nattes ou treillis de fils métalliques ou de matériaux en rubans de grande résistance à la chaleur et à l'oxydation.
On a découvert de façon surprenante qu'on obtient une combustion plus complète et par conséquent une augmentation de l'efficacité au moyen d'insertions de ce genre, qui peuvent remplacer le revêtement céramique ordinaire de la chambre de combustion.
Des fils et rubans métalliques ont une bonne conductibilité calo- rifique et une faible chaleur spécifique. Si, par conséquent, on utilise un revêtement de ces matières dans une chambre de combustion, il atteint rapide- ment une température plus élevée que la température d'ignition du combustible .
Si, d'autre part, on utilise un revêtement de briques, il faut un temps con- sidérable avant que les surfaces des briques ne soient chauffées. Particuliè- rement, dans le cas de brûleurs à marche intermittente, il est très avantageux d'utiliser un revêtement métallique. En outre, un revêtement de ce genre exer- ce une action catalytique sur l'opération de combustion, parce qu'il se forme à la surface des fils et des rubans métalliques une couche d'oxyde ayant une action catalytique intense qui accélère par conséquent l'opération de combus- tion aux pointes de la flamme où existe d'habitude un manque d'oxygène, et ainsi l'efficacité de la chambre de combustion est accrue.
La matière des insertions doit avoir, comme mentionné, une résis- tance élevée à la chaleur et à l'oxydation. Comme exemple de matière de ce genre, qui s'est montrée très appropriée à ce but, quand on l'essaie en prati- que, on peut mentionner des alliages à base de fer-chromealuminium-silicium,
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de préférence du genre contenant 5-30% de chrome, une quantité totale d'alumi- nium et de silicium de 2-9% et le restant principalement du fer. En outre, ces alliages peuvent de préférence contenir des additions spéciales qui augmen- tent la résistance à la chaleur et améliorent la résistance mécanique de la matière, par exemple des additions de cobalt, titane, tantale, zirconium, mo- lybdène, tungstène, vanadium, cérium, etc..jusqu'à une teneur maximum de 2%.
Des matières de ce genre conviennent particulièrement au but actuel parce que la couche d'oxyde ayant une action catalytique à la surface du métal à température élevée dans l'air, se renouvelle graduellement du fait que les métaux formant l'oxyde diffusent de l'intérieur de la matière. Spécialement dans le cas de combustion intermittente, la fluctuation de la température du métal provoque un écaillement plus ou moins prononcé de la couche d'oxyde.
D'autre part, cet écaillement graduel de la couche d'oxyde est utile parce que son action catalytique peut s'affaiblir par l'action d'impuretés.
La matière en fils ou en rubans peut être utilisée sous forme de boulets ou de serpentins qui sont pressés en forme de nattes, éventuellement après un recuit préalable, ces nattes ayant une forme et des dimensions qui s'adaptent à la chambre de combustion. Une épaisseur de natte d'environ 20 mm s'est montrée efficace pour empêcher les flammes en forme de pointes de péné- trer dans les nattes- et d'atteindre les parois de la chambre de combustion.
On peut augmenter la stabilité des insertions en fixant la matière métallique à des supports de matière céramique ou en la munissant d'une arma- ture forgée ou coulée.
Comme exemple de diamètre convenable de fil, on peut mentionner 1/2 à 3 mm et quand on utilise une matière en forme de rubans, il convient de choisir une épaisseur correspondante.
Dans le but d9illustrer le perfectionnement réalisé par les inser- tions conformes à l'invention, on décrit dans ce qui suit deux essais compara- tifs effectués dans la pratique.
Les essais ont été effectués sur une chaudière de chauffage central chauffée au moyen d'huile n 1 et munie d'un éjecteur consommant 13,5 litres (3 gallons) d'huile par heure. L'éjecteur a un angle de projection de 45 . Les essais ont été effectués d'une part sans insertions correspondantes à la pré- sente invention, et, d'autre part avec des insertions de ce genre. Elles con- sistent en fil d'alliage à 4% d'aluminium; 23% de chrome et le restant princi- palement du fer,
En cas de combustion continue, avec le revêtement ordinaire de briques, on obtient une efficacité de 87%, et avec des insertions conformes à l'invention , remplaçant le revêtement de briques, on obtient une efficacité de 91%.
Pour une combustion intermittente,pour des durées égales de 8 mi- nutes des périodes de combustion et d'arrêt, on obtient une efficacité de 78% sans insertions, et de 95% avec des insertions.
Ainsi donc, en cas de combustion intermittente, l'efficacité des- cend à 78% quand on n'utilise pas d'insertions, et elle augmente à 95% avec des insertions, ce qui représente une économie de combustible de 22%.
En cas de combustion intermittente, on a également effectué cer- taines mesures de la température de l'eau, et on les représente sur le dessin en annexe. La figure 4 montre une courbe de température obtenue au cours d'une combustion sans faire usage d'insertions conformes à l'invention, et la figu- re 5, au cours d'une combustion s'effectuant en utilisant ces insertions au lieu du revêtement de briques. La température A est dans les deux cas repré- sentée en fonction du temps T. T1 représente le début d'une période de combus- tion avant laquelle la température a baisséo Dans les deux cas la température continue à baisser pendant un certain temps après le temps T1, mais elle monte ensuite de façon continue.
Dans les deux cas, on mesure, à partir du temps T1,
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la durée du temps t, au bout de laquelle la température atteint de nouveau la même valeur qu'au temps T1. Dans le cas correspondant à la figure 4, c' est-à-dire sans insertions, on mesure une durée 1 de six minutes et la chute a de température est de 5 C. Dans le cas de la figure 5, d'autre part, la mesure de la durée correspondante de temps! donne seulement environ 1 minuta et la chute a de la température, seulement 1 C. Par conséquent, cela montre qu'au moyen d'insertions conformes à l'invention, il se produit une "restau- ration" beaucoup plus rapide après les périodes d'arrêt que dans les cas où les insertions font défaut.
Sur les figures 1 -3 des dessins en annexe, on représente schéma- tiquement un exemple de montage d'insertions conformes à la présente invention dans une chaudière à chauffage central.
La figure 1 représente une coupe longitudinale d'une chaudière. chauffée à l'huile, connue en soi.
La figure 2 représente une vue en perspective d'une insertion conforme à la présente invention, pressée en forme de plaque.
La figure 3 représente une vue en perspective d'une autre réalisa- tion de l'insertion.
1 représente la chaudière proprement dite, 2 la chambre à eau, 3 l'entrée de l'eau et 4 la sortie de l'eau. 5 représente un brûleur à huile qui injecte de l'huile 6 dans la chambre de combustion sous un angle de pro- jection d'environ 45 . 7 représente la sortie des gaz de combustion, 8 indique le fond de la chambre de combustion, qui consiste en briques réfractaires.
Conformément à l'invention, les parois intérieures de la chambre de combustion sont revêtues de nattes 9 qui consistent en serpentins de fils métalliques à grandes résistances à la chaleur et à l'oxydation. Chaque paroi de la chambre de combustion est revêtue de deux nattes 9 de ce genre disposées l'une au-dessus de l'autre. La paroi arrière de la chambre de combustion con- siste en une natte analogue 10 fixée aux nattes 9 d'une manière appropriée quel- conque,
Dans le but de faciliter le montage des nattes, celles-ci peuvent être construites relativement minces, de manière qu'on puisse les plier suivant la forme représentée sur la figure 3, les parties latérales 11 et la partie arrière ne formant qu'une pièce.
Pour obtenir l'épaisseur nécessaire, on peut utiliser plusieurs couches de nattes de ce genre, par exemple deux couches comme on le représente sur la figure 3 où la natte extérieure est représentée par 13 et 14.
L'invention n'est pas limitée à la réalisation représentée. Ainsi, les nattes peuvent avoir une texture intérieure aussi bien qu'une forme exté- rieure différente. Elles peuvent, par exemple, se composer de treillis ou ana- logue. Il n'est pas nécessaire non plus que les insertions recouvrent ou for- ment les parois de la chambre de combustion ; peut également les disposer à une certaine distance des parois parallèlement ou perpendiculairement à la trajectoire du jet d'huile.
REVENDICATIONS.
1.- Appareil de chauffage à combustible liquide ou gazeux, par exemple chaudière à chauffage central ou four, caractérisé en ce que la cham- bre de combustion est munie d'une ou de plusieurs insertions disposées à por- tée des flammes et consistant en boulets, serpentins, nattes ou treillis de fils ou de matières métalliques sous forme de ruban,, ayant une grande résis- tance à la chaleur et à l'oxydation.
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LIQUID OR GASEOUS FUEL HEATER o
The present invention relates to liquid or gaseous fuel heating appliances, such as central heating boilers as well as various kinds of ovens, and aims to improve the fuel economy of these appliances. According to the present invention, this result is achieved by providing the combustion chamber with one or more inserts placed within reach of the flames and consisting of balls, coils, mats or lattices of metal wires or of ribbon materials. high resistance to heat and oxidation.
It has surprisingly been found that a more complete combustion and therefore an increase in efficiency is obtained by means of inserts of this kind, which can replace the ordinary ceramic coating of the combustion chamber.
Metal wires and tapes have good heat conductivity and low specific heat. If, therefore, a coating of these materials is used in a combustion chamber, it quickly reaches a temperature higher than the ignition temperature of the fuel.
If, on the other hand, a brick lining is used, it takes a considerable time before the surfaces of the bricks are heated. Particularly, in the case of burners with intermittent operation, it is very advantageous to use a metallic coating. In addition, a coating of this kind exerts a catalytic action on the combustion process, because an oxide layer is formed on the surface of the metallic wires and tapes having an intense catalytic action which consequently accelerates. the combustion operation at the peaks of the flame where there is usually a lack of oxygen, and thus the efficiency of the combustion chamber is increased.
The material of the inserts should have, as mentioned, a high resistance to heat and oxidation. As an example of such material, which has been shown to be very suitable for this purpose, when tested in practice, there may be mentioned iron-chromium-aluminum-silicon based alloys,
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preferably of the kind containing 5-30% chromium, a total amount of aluminum and silicon of 2-9% and the remainder mainly iron. Furthermore, these alloys may preferably contain special additions which increase the heat resistance and improve the mechanical strength of the material, for example additions of cobalt, titanium, tantalum, zirconium, molybdenum, tungsten, vanadium. , cerium, etc. up to a maximum content of 2%.
Materials of this kind are particularly suitable for the present purpose because the oxide layer having catalytic action on the surface of the metal at high temperature in air is gradually renewed as the oxide forming metals diffuse from the air. inside matter. Especially in the case of intermittent combustion, the fluctuation in the temperature of the metal causes more or less pronounced flaking of the oxide layer.
On the other hand, this gradual spalling of the oxide layer is useful because its catalytic action can be weakened by the action of impurities.
The wire or ribbon material can be used in the form of balls or coils which are pressed into mats, optionally after pre-annealing, these mats having a shape and dimensions which adapt to the combustion chamber. A mat thickness of about 20 mm has been shown to be effective in preventing spike-shaped flames from penetrating the mats and reaching the walls of the combustion chamber.
The stability of the inserts can be increased by fixing the metallic material to ceramic supports or by providing it with a forged or cast frame.
As an example of a suitable wire diameter, 1/2 to 3 mm can be mentioned and when using a ribbon-like material, a corresponding thickness should be chosen.
With the aim of illustrating the improvement achieved by the inserts according to the invention, two comparative tests carried out in practice are described below.
The tests were carried out on a central heating boiler heated with No. 1 oil and fitted with an ejector consuming 13.5 liters (3 gallons) of oil per hour. The ejector has a throw angle of 45. The tests were carried out on the one hand without insertions corresponding to the present invention, and on the other hand with insertions of this type. They consist of 4% aluminum alloy wire; 23% chromium and the remainder mainly iron,
In the event of continuous combustion, with the ordinary brick lining, an efficiency of 87% is obtained, and with inserts according to the invention, replacing the brick lining, an efficiency of 91% is obtained.
For intermittent combustion, for equal durations of 8 minutes of the combustion and shutdown periods, an efficiency of 78% without insertions, and 95% with insertions, are obtained.
Thus, in the event of intermittent combustion, the efficiency drops to 78% when no insertions are used, and it increases to 95% with insertions, which represents a fuel saving of 22%.
In the event of intermittent combustion, certain measurements of the water temperature have also been made, and they are shown in the accompanying drawing. FIG. 4 shows a temperature curve obtained during combustion without making use of inserts in accordance with the invention, and FIG. 5, during combustion taking place using these inserts instead of brick cladding. The temperature A is in both cases represented as a function of time T. T1 represents the start of a combustion period before which the temperature has dropped o In both cases the temperature continues to drop for a certain time after the time T1, but it then rises continuously.
In both cases, we measure, from time T1,
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the duration of time t, at the end of which the temperature again reaches the same value as in time T1. In the case corresponding to figure 4, that is to say without insertions, a duration 1 of six minutes is measured and the temperature drop a is 5 C. In the case of figure 5, on the other hand , measuring the corresponding duration of time! gives only about 1 minuta and the temperature drop a only 1 C. Therefore, this shows that by means of inserts according to the invention a much faster "recovery" occurs after the periods. stop only in cases where the inserts are missing.
In FIGS. 1 -3 of the appended drawings, an example of mounting of inserts according to the present invention is shown diagrammatically in a central heating boiler.
Figure 1 shows a longitudinal section of a boiler. heated with oil, known per se.
Figure 2 shows a perspective view of an insert according to the present invention pressed into a plate form.
Figure 3 shows a perspective view of another embodiment of the insert.
1 represents the actual boiler, 2 the water chamber, 3 the water inlet and 4 the water outlet. 5 shows an oil burner which injects oil 6 into the combustion chamber at a projection angle of about 45. 7 represents the outlet of the combustion gases, 8 indicates the bottom of the combustion chamber, which consists of refractory bricks.
According to the invention, the internal walls of the combustion chamber are covered with mats 9 which consist of coils of metal wires with high resistance to heat and to oxidation. Each wall of the combustion chamber is lined with two mats 9 of this type arranged one above the other. The rear wall of the combustion chamber consists of a similar mat 10 fixed to the mats 9 in any suitable manner,
In order to facilitate the assembly of the mats, they can be made relatively thin, so that they can be folded into the shape shown in figure 3, the side parts 11 and the rear part forming one piece. .
To obtain the necessary thickness, several layers of such mats can be used, for example two layers as shown in Figure 3 where the outer mat is represented by 13 and 14.
The invention is not limited to the embodiment shown. Thus, the mats can have an interior texture as well as a different exterior shape. They can, for example, consist of a trellis or the like. It is also not necessary that the inserts cover or form the walls of the combustion chamber; can also place them at a certain distance from the walls parallel or perpendicular to the path of the oil jet.
CLAIMS.
1.- Liquid or gaseous fuel heating apparatus, for example central heating boiler or furnace, characterized in that the combustion chamber is provided with one or more inserts placed within reach of the flames and consisting of balls, coils, mats or lattices of wire or metallic materials in ribbon form, having high resistance to heat and oxidation.