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On connaît de multiples formes de réalisation d'aérothermes en fer, dans lesquels la cha-Leur d'un ou plusieurs brûleurs à gaz ou à hui- le ou d'un foyer alimenté de combustibles solides est transmise à de l'air par des cloisons métalliques. En règle générale ils sont constitués d'une chambre de combustion entourée d'une enveloppe en tôle, dans laquelle s' accomplit le processus de combustion et de carneaux à fumée issus de cette chambre de combustion formés de poches en tôle ou de tuyaux, dans lesquels les gaz de fumée chauds sont refroidis. La chambre de combustion et les carneaux à fumée cèdent à travers leurs parois la chaleur récupérée d'un côté sur les gaz de fumée à l'air qui passe en courant de l'autre côté.
Lors de cette transmission de chaleur les cloisons prennent des tempéra- tures qui sont situées entre les températures des porteurs de chaleur qui s'écoulent des deux côtés (air et gaz de fumée). Si le coefficient de transmission de chaleur est de même grandeur des deux côtés de la cloison, par exemple, il en résulte comme connu la température de la cloison de la moyenne arithmétique des températures des deux porteurs de chaleur. Si les coefficients de transmission de chaleur sont de grandeur différente, la température de la cloison approche la température du porteur de chaleur qui présente le plus grand coefficient de transmission de chaleur. Un coef- ficient de transmission de chaleur particulièrement grand se présente, par suite du rayonnement des gaz, flammes ou lit de foyer, du côté des fumées dans la chambre de combustion.
En outre il règne ici la plus haute température du système entier. Les deux ensemble opèrent une haute tempé- rature de l'enveloppe de la chambre de combustion. Si celle-ci est faite de fer forgeable, elle est détruite en un temps relativement court par formation de l'oxyde de fer.
On a essayé de différentes façons de réduire la température de la paroi de chambre de combustion faite en fer forgpable, par exemple par isolation de l'enveloppe de tôle (maçonnage réfractaire) ou par retour des gaz résiduaires, etc., afin d'empêcher ainsi sa destruction rapide.
On ne connaît pas jusqu'à présent une solution du problème satisfaisante, c.à.d. efficace et peu coûteuse.
La présente invention a pour objet, par une construction façon- née de la paroi de la chambre de combustion, en association avec un re- tour des fumées automatique à l'intérieur de la chambre de combustion, de maintenir la température de paroi en-dessous de la température d'oxyda- tion et d'obtenir un rendement élevé de la transmission de chaleur en pré- sence detrès petites pertes de tirage du côté fumée et air, sous une for- me de construction simple.
Selon l'invention on y arrive par le fait de munir une chambre de combustion formée en cylindre vertical, sur toute sa périphérie d'on- dulations ou ailettes formant poches ouvertes vers le milieu de la cham- bre de combustion et qui communiquent par leur extrémité inférieure avec des tuyaux d'évacuation des fumées disposées entre les ondulations ou ailettes et dirigés de retour vers le haut et par le fait que la flamme de brûleur ou le gaz de foyer d'une grille entre centralement par le fond inférieur de la chambre de combustion.
L'invention sera exposée en détail avec référence au dessin tant pour sa construction que pour son mode fonctionnement.
Les figures 1 et 2 montrent des sections d'un aérotherme en fer forgeable; selon les lignes a - b et c - d et qui est équipé d'un brûleur à gaz ou à huile B. La paroi d'enveloppe latérale de la chambre de com- bustion cylindrique F est formée par des ondulations ou ailettes T for- mant poches ouvertes vers le milieu de la chambre de combustion, poches dans le, extrémités inférieures desquelles débouchent les tuyaux d'évacua-
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tien des fumées S par un petit coude latéral. Les tuyaux à fumées S pas- sent entre les faces exte mes des ailettes de poche T dirigées vers le haut et débouchent dans'la chambre à fumées Q. Au-dessus de chaque bouche de tuyau se trouve sur la face extérieure de la chambre à fumées Q un couvercle de nettoyage D, ce qui permet un nettoyage facile des tuyaux à fumées S.
Le fond inférieur et le fond supérieur de la chambre de combustion sont blindés de masse réfractaire dammée C. La chambre de combustion F est en- tourée extérieurement d'une enveloppe cylindrique en tôle M. Les trous de regard K permettent une observation du brûleur.
L'air à réchauffer est aspiré en U par la roue de ventilateur V1 commandé par le moteur électrique E1 et passe, tout en étant chauffé si- multanément à travers l'espace entre l'enveloppe M, les faces externes des ailettes de poche T et le long des faces externes des tuyaux à fumées S ' vers le haut pour pénétrer en 0 et sortir de l'aérotherme. Le guidage de l'air simple et lisse; montré par des flèches dans la figure 1 permet l'u- sage de vitesses de courant élevées en présence de faibles pertes de tira- ge, de sorte que l'on obtient de grands coefficients de transmission de chaleur pour un faible rendement de ventilateur.
Les gaz brûlants, pénétrant du brûleur B verticalement du fond dans l'espace de foyer F et à haute température, s'écoulent d'abord en di- rection des flèches contre le couvercle supérieur de'la chambre de foyer.De là ils sont déviés de tous côtés vers l'extérieur dans les ailettes de po- che T et s'écoulent de nouveau vers le fond de ces poches à ailettes, tout en cédant leur chaleur par rayonnement et convection aux parois de ces ai- lettes.
Cependant qu'une partie (réduite) des gaz refroidis est aspirée par les tuyaux d'évacuation des fumées S raccordés intérieurement aux ailet- tes de poche T et évacuée à travers la chambre à fumées Q dans la cheminée raccordée en A, une partie (majeure) des fumées se mélange de nouveau avec les gaz chauds provenant du brûleur B, et refroidit ces derniers par mélan- ge.
Il se forme ainsi, comme indiqué par des flèches dans la figure 1, antérieurement à la chambre de foyer F anmulairement autour du centre un circuit partiel de gaz de fumées fermé sur lui-même et qui accomplit auto- matiquement des révolutions par réchauffage interne par le brûleur B et refroidissement externe dans et le long des ailettes de poche T. De ce fait la chaleur de la flamme de brûleur est transmise uniformément sur une gran- de surface de chauffe refroidie de l'extérieur parfaitement, tout en dimi- nuant les hautes températures de flamme. En outre le rayonnement de la flam- me de brûleur est adouci par absorption de la fumée plus froide circulant dans le circuit partiel entre la paroi et la flamme de brûleur.
D'autre part comme le montre la figure 2, les surfaces des ailettes de poche T ou- vertes vers l'intérieur sont disposées à angles aigus par rapport au rayon- nement de chaleur provenant du centre, de sorte que la chaleur de rayonne- ment faisant impact sur chaque unité de surface ne comprend qu'une frac- tion (environ un quart) de cette chaleur qui tomberait sur la surface d' une enveloppe de cylindre lisse de même grandeur. La température de paroi est de ce fait maintenue en-dessous de la température d'oxydation.
Les figures 3 et 4 montrent en élévation et en coupe selon la li- gne e - f un aérotherme qui comporte la même chambre de combustion à côté des tuyaux d'évacuation des fumées, comme illustré dans les figures 1 et 2, mais qui est muni d'un foyer pour combustibles solides à la place du brû- leur à gaz ou à huile prévu dans le précédent.
Ce foyer consiste en une enveloppe de tôle cylindrique H, à revêtement réfractaire C' et qui com- porte une grille R et une chute de cendres, ainsi que les portes d'alimen-
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tation et d'enlèvement des cendres nécessaireso A la place d'un ventila- teur tournant autour d'un arbre vertical, il est prévu ici deux roues de ventilation V2 disposées sur des arbres horizontaux, qui sont commandés chacun par un moteur électrique E2.Le mode de fonctionnement de la cham- bre de combustion, ainsi que le guidage des fumées et de l'air sont iden- tiques à ce qui est illustré dans les figures 1 et 2.
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Many embodiments of iron air heaters are known, in which the heat of one or more gas or oil burners or of a hearth supplied with solid fuels is transmitted to the air by means of gas or oil. metal partitions. As a general rule, they consist of a combustion chamber surrounded by a sheet metal casing, in which the combustion process is carried out and of smoke flues from this combustion chamber formed of sheet metal pockets or pipes, in which the hot flue gases are cooled. The combustion chamber and the smoke flues transfer the heat recovered on one side from the flue gases through their walls to the air which runs on the other side.
During this heat transfer, the partitions take on temperatures which are situated between the temperatures of the heat carriers flowing on both sides (air and flue gas). If the heat transfer coefficient is of the same magnitude on both sides of the partition, for example, the temperature of the partition results as known from the arithmetic mean of the temperatures of the two heat carriers. If the heat transfer coefficients are of different magnitude, the temperature of the partition approaches the temperature of the heat carrier which has the greatest heat transfer coefficient. A particularly high heat transfer coefficient arises, as a result of the radiation of gases, flames or hearth bed, on the side of the smoke in the combustion chamber.
In addition, the highest temperature of the entire system prevails here. The two together operate at a high temperature of the combustion chamber shell. If this is made of forgeable iron, it is destroyed in a relatively short time by formation of iron oxide.
Various attempts have been made to reduce the temperature of the combustion chamber wall made of forgable iron, for example by insulation of the sheet metal casing (refractory masonry) or by return of waste gases, etc., in order to prevent thus its rapid destruction.
We do not know so far a satisfactory solution of the problem, i.e. efficient and inexpensive.
The object of the present invention is, by means of a shaped construction of the wall of the combustion chamber, in association with an automatic return of the flue gases inside the combustion chamber, to maintain the wall temperature within. below the oxidation temperature and obtain a high efficiency of heat transfer in the presence of very small draft losses on the smoke and air side, in a simple construction form.
According to the invention, this is achieved by providing a combustion chamber formed as a vertical cylinder, over its entire periphery with undulations or fins forming pockets open towards the middle of the combustion chamber and which communicate by their lower end with smoke evacuation pipes arranged between the corrugations or fins and directed back upwards and by the fact that the burner flame or the hearth gas from a grate enters centrally through the lower bottom of the chamber combustion.
The invention will be explained in detail with reference to the drawing both for its construction and for its mode of operation.
Figures 1 and 2 show sections of a forgeable iron air heater; along lines a - b and c - d and which is equipped with a gas or oil burner B. The side wall of the cylindrical combustion chamber F is formed by corrugations or fins T for- mant pockets open towards the middle of the combustion chamber, pockets in the lower ends of which the exhaust pipes emerge.
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keep S fumes by a small lateral bend. The flue pipes S pass between the outer faces of the pocket fins T facing upwards and open into the flue gas chamber Q. Above each pipe outlet is on the outer face of the chamber. flue gas Q a cleaning cover D, which allows easy cleaning of the flue gas pipes S.
The lower bottom and the upper bottom of the combustion chamber are shielded with dammed refractory mass C. The combustion chamber F is surrounded on the outside by a cylindrical sheet metal casing M. The viewing holes K allow the burner to be observed.
The air to be heated is drawn in a U-shape by the fan wheel V1 controlled by the electric motor E1 and passes, while being simultaneously heated through the space between the envelope M, the outer faces of the pocket fins T and along the outer faces of the flue pipes S 'upwards to enter 0 and exit the heater. Simple and smooth air guidance; shown by arrows in Fig. 1 allows the use of high current speeds in the presence of low draft losses, so that large heat transfer coefficients are obtained at low fan efficiency.
The hot gases, penetrating from the burner B vertically from the bottom into the hearth space F and at high temperature, first flow in the direction of the arrows against the upper cover of the hearth chamber. From there they are deflected on all sides outwardly into the pocket fins T and flow back to the bottom of these finned pockets, while releasing their heat by radiation and convection to the walls of these fins.
However, a (reduced) part of the cooled gases is sucked in through the flue gas discharge pipes S connected internally to the pocket fins T and discharged through the smoke chamber Q into the chimney connected at A, a part ( major) of the fumes mixes again with the hot gases coming from burner B, and cools the latter by mixing.
As indicated by arrows in figure 1, there is thus formed anterior to the hearth chamber F anmularly around the center a partial flue gas circuit closed on itself and which automatically completes revolutions by internal heating by the burner B and external cooling in and along the pocket fins T. As a result the heat of the burner flame is transmitted evenly over a large heating surface cooled from the outside perfectly, while reducing the high flame temperatures. In addition, the radiation of the burner flame is softened by absorption of the cooler smoke circulating in the partial circuit between the wall and the burner flame.
On the other hand, as shown in Fig. 2, the surfaces of the pocket fins T open inwardly are arranged at acute angles to the heat radiation from the center, so that the heat radiates. However, impacting each unit area comprises only a fraction (about a quarter) of that heat which would fall onto the surface of a smooth cylinder shell of the same size. The wall temperature is therefore kept below the oxidation temperature.
Figures 3 and 4 show in elevation and in section along line e - f an air heater which has the same combustion chamber next to the smoke discharge pipes, as illustrated in figures 1 and 2, but which is fitted with a fireplace for solid fuels in place of the gas or oil burner provided for in the previous one.
This hearth consists of a casing of cylindrical sheet H, with a refractory coating C 'and which comprises a grate R and an ash chute, as well as the feed doors.
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tation and removal of ashes required. Instead of a fan rotating around a vertical shaft, two ventilation wheels V2 are provided here, arranged on horizontal shafts, which are each controlled by an electric motor E2. The operating mode of the combustion chamber, as well as the guiding of the fumes and the air are identical to what is illustrated in figures 1 and 2.