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"Perfectionnements aux chaudières à foyer pour tous combustibles solides."
Le présent brevet concerne les chaudières à foyer pour tous combustibles comportant une sole de foyer et une gaine d'a- menée de combustible disposée au-dessus de cette sole en formant à sa base une première fente vers l'extérieur de la chaudière, entre un de ses côtés et la sole, pour l'entrée de l'air de com- bustion, et une seconde fente, vers l'intérieur de la chaudière, entre le côté opposé au précédent et la sole, pour l'écoulement des gaz dans une chambre de combustion et l'évacuation des mâchefers.
La présenté invention prévoit des dispositions permet- tant d'améliorer encore la combustion obtenue par ces chaudières
Un des buts poursuivis est en particulier d'éviter tout entraînement intempestif de combustible à l'intérieur de la chambre de combustion.
Un autre but est d'éviter une trop grande influence de l'épaisseur de la couche de scories sur l'allure du fonction- nement et d'obtenir une plus
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grande stabilité de la chaudière.
L'invention a notamment pour objet une chaudière du type ci-dessus, caractériséepar le fait qu'elle comporte à l'intérieur de la chambre de combus- tion un écran qui est disposé au-dessus de la sole au voisinage de la.seconde fente vers l'intérieur de la chaudière et dont le bord inférieur forme, entre cet écran et la sole, une troisième fente à travers laquelle seront évacués les mâchefers, la hauteur de la seconde fente étant sensiblement plus grande que la hauteur de la troisième fente pour ménager entre ces deux fentes un passage de large section à travers le combustible.
D'autres dispositions préconisées ainsi que les avantages qui en résultent, apparaîtront de la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple, et des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une chaudière à eau chaude selon l'invention.
La figure 2 est une vue de profil de la même chaudière.
La figure 3 représente cette chaudière vue par sa face arrière.
La figure 4 est une coupe transversale partielle de la même chaudiè- re en cours de fonctionnement.
La figure 5 est une vue en plan d'un dispositif d'actionnèrent d'un poussoir destiné à l'évacuation des mâchefers. la figure 6 représente un autre mode de réalisation du dispositif d'actionneliient du poussoir vu en coupe.
La figure 7 est une vue de détail montrant un tube plongeur assurant le retour de l'eau dans la chaudière.'
La figure 8 est une vue en coupe d'un ballon de vapeur pour la mar- che en chaudière à vapeur.
La figure 3 est une vue de détail montrant un bouchon de tube de fu- mée vu en coupe verticale.
La figure 10 est une vue de détail montrant le bouchon de la figure 9 vu en coupe horizontale.
La figure Il représente un bouchon de visée pour la surveillance de la chaudière.
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La figure 12 représente une rondelle de réglage d'adsaission d'air sous la sole. la, figure 13 représente le schéma. électrique d'un dispositif de signalisation, indiquant les manoeuvres du poussoir à effectuer.
La chaudière représentée sur les figures 1 à 3 est une chaudière automatique à tubes de fumée et à foyer intérieur pour chauffage central.
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Cette chaudière cocpobte des lanes d'eau latérales et une sole de foyer plane 1 au-dessus de laquelle est disposée une trémie magasin 2 destinée
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à recevoir le combustible pour l'alimentation de la chaudière.
La tréciie 2 débouche sur une gaine verticale 3 qui la prolonge pour amener le combustible
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sur la sole/en ..én<2geant sa base au-dessus de cette sole 1, une fente 4, du côté de l'extérieur, pour l'amenée de l'air de combustion, et, du côté de l'in- térieur, une fente 5 pour l'écoulenent des gaz dans une chambre de combustion $' et 1'év2.cuo.tion des mâchefers vers un cendrier li3 à 1 'extré<ité de la sole 1 après la chambre de combustion.
Un ventilateur aspirateur crée une dépression dans la chaudière, ce qui provoque une introduction d'air, par la fente 4, qui traverse la cou-
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che de co-iiustible en ignition pour entretenir la combustion.
Des admissions d'air additionnel sont formées par deux bandes d'on- fices 7 et 8 à travers la sole 1 dans la chambre de combustion parallèlement aux fentes 4 et 5.
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Un poussoir 11, actionné par un mécanisme de coTlJ[,1aJ:1.de ff1Ï"t avancer pêriodiqussent la masse de combustible et de scories pour acheminer celles-ci vers le cendrier 16, le plus généralement sous tonne de mâchefer, 2, l'extr6rnté du parcours de coiibustion.
On a constaté que, lorsque la couche de scories est voisine de la
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hciteur de la. fente 5, l'épaisseur de cette couche peut influencer le fonction- nenent de la chaudière pour en diminuer la puissance. es scories peuvent étron- gler le passage des fismies et la vitesse d'écoulement de cel.le s-ci est alors considéra.bleinent augmentée. Des morceaux de combustible, même d'assez gros calibre, peuvent être projetés dons la cL1.ambre de combustion. le l".::;ÏTI1e de com-
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bustion est alors modifié et le réglage des arrivées d'air additionnel doit être changé.
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Cas phénomènes peuvent résulter d'une augracntation importante et imprévue de la teneur en cendres du coisbustible ou d'Ul)i1..".uv2..is réglage initial.
Ces inconvénients sont évites par les dispositions de la chaudière représentée dans laquelle la masse de combustible et de scories est astreinte à passer à travers deux fentes successives de hauteurs différentes.
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Un écran vertical 14 est placé à cet efèt 1: l'intérieur de la, clian- bre de combustion, porcllèlement à la fente 5, pour former la fente suppléi#ntei- ra 6 entre le bord inférieur de l'écran et la sole la présence de cette fente
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6 permet d'augmenter la hauteur de la fente/ de feçon que le combustible puisse former, entre les fentes 5 et 6, un talus offrant aux fisses une section de passage importante.
La plus grande partie des finîmes sortiront par ce passage par suite
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de sa. faible perte de charge sans qu'il en résulte un laainage exagéré et donc sens risque d 1 er:.tr.::inel.'"1ent du cor.ibustible. le passage de flamaes as us.l'écran sers peu important et aura une vitesse réduite. lorsque la couche de scories
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augmente, la qucntité des fixâmes passant sous 1''écran diminue et le débit aug- mente . travers le talus à large section entre les fentes 5 et 6 .
L'écran 14 est constitué par un caisson à faces parallèles réunies entra elles à leurs parties inférieures et supéneures par des perois deno.-cy- lindriques. Les deux e7ctrénités du caisson coinmuniquent librement avec les laaes d'eau latérales du corps de chaudière. La partie supérieure du caisson est reliée
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௠la laae d'eau supérieure du corps de chaudière par des tubes verticaux de conBnunication dont le. section est suffisan'Enent importante pour perrrlettre une circulation d'eau à travers le caisson sans production de vapeur.
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La chaudière représentée comporte en outre des rangées de twoes 12 et 13 perosttsnt a l'air primaire de pénétrer au-dessus de la fente d'entrée d '::0-.
Cette disposition permet une arrivée d'air de combustion à la hauteur où la, couche de combustible est la. plus faible et, par conséquent, où la résistance offerte au passage de l'air est moindre. Elle a pour but de faire monter la com- bustion dans la gaine de descente du combustible en provoquant la distillation
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du combustible frais au-dessus de la. masse de combustible en ignition. la combustion s'opère sensiblement avec le processus suivent qui se réfère en particulier à la représentation montrée sur la figure 4 : l'air primaire entre pour une grande partie par la fente 4, et pour une partie moins importante, par les deux rangées de tubes 12 et 13.
Il s'ensuit que la zone C correspond une combustion intense à haute température, le combustible dis- paraît par la. combustion et le vide produit se remplit par le combustible qui est inmédiatement au-dessus. Un mouvement continu de haut en bas se répercute dans toute la nasse, de sorte que le combustible contenu dons la trémie suit ce mouvement avec une baisse régulière de son niveau. Le combustible frais non encore atteint par les phénomènes successifs de la combustion, commence à s'é- chauffer dcns la zone B par conductibilité lorsqu'il se rapproche de la zone de combustion. Il libère alors les matières volatiles qu'il contient.
La trémie comporte à sa partie supérieure de faibles ouvertures 84, et la dépression dans le foyer tend à. créer un courant vers celui-ci, de sorte que les matières volatiles libérées se trouvent entraînées vers la zone de combustion. Un courant continu de gaz de distillation traverse la masse de combustible en ignition en subissant une forte augmentation de température. les produits lourds sont transférés en produits légers, brûlant, très rapidement de manière complète et presque instantanée. Il s'ensuit une augmentation locale de la température qui active la production de ces phénomènes et provoque le, fu- sion des cendres les plus réfractaires.
Ce processus présente des avantages importants quand on utilise des combustibles très riches en matières volatiles parce que ces combustibles con- tiennent beaucoup de matières lourdes sous tonne de goudron dont la combustion est généralement très lente avec production de fumée épaisse. La présente chau- dière permet de brûler ces combustibles avec une combustion presque instantanée et complète des gaz de distillation, en ne produisant aucune fumée apparente.
Dans la zone D la. combustion est moins vive et les mâchefers se rassem blent sur la sole dans la zone E. Ils sont acheminés par le poussoir de décrassa- ge 11 à travers la. fente 6 vers le cendrier 10. Les deux bandes d'orifices 7 et 8 d'admission d'air additionnel dans la zone E assurent la combustion du carbone pouvant être inclus dans le mâchefer lors de sa fusion.
Cet air additionnel
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permet de plus d'achever la combustion du combustible de la zone D non entiè- rement brûlé qui se trouve à la surface des scories et est entraîné hors du foyer dans la cha@bre de combustion lors du fonctionnement du mécanisme action- nant le poussoir de décrassage. les flammes en traversant la chambre de combustion se mélangent avec l'oxygène en exès qui provient des deux bandes d'orifices 7 et 8 et s'est ré- chauffé en traversant la masse de mâchefer et de combustible achevant de brûler contenus
Cet oxygène provoque la combustion des imbrûlés gazeux/encore dans les flammes.
Pendant leur parcours ascensionnel dans la chambre de combustion, les flammes abandonnent les particules solides de combustible et de scories qui se déposent sur le combustible en ignition où achèvent de brûler les particules de combustible déposées.
La course du poussoir de décrassage et les intervalles de fonctionne- ment du mécanisme actionnant ce poussoir sont réglés de telle manière que la couche de scories à l'entrée du cendrier 10 dans la zone F soit notablement in- férieure à la hauteur totale du passage à travers la fente 6 de sorte que la couche de mâchefer ne puisse pas s'opposer à l'avancement du poussoir par suite d'un blocage de mâchefer contre le bord inférieur de l'écran 14. le mâchefer formé dans la zone de combustion intense C est supporté par une couche de combustible qui disparait en brûlant au moyen de l'air arri- vant par la bande d'orifices 7.
Ce mâchefer descend à mesure que ce support dis- parait, poussé par la masse de combustible qui est au-dessus, et il,vient repo- ser sur le mâchefer qui a déjà atteint la sole. Quand la couche de mâchefer est suffisante, le poussoir 11 intervient et amène sous l'écran en E une couche de mâchefer recouverte de combustible. Cette couche de mâchefer augmente pendant son acheminement au cendrier.
Came il a été dit plus haut le mouvement du poussoir détermine la hauteur de scories dans la zone F où ces scories sont composées prin- cipalement de mâchefer fondu vitrifié et d'un peu de cendres agglomérées ou pul- vérulentes. la combustion telle qu'elle s'établit dans la chaudière fait apparaî- tre notamment les avantages des deux fentes successives 5 et 6 de hauteurs dé- croissantes.
lorsque le poussoir fait avancer la masse de combustible et de sco-
1 ' ries, l'écran/s'Oppose à l'entraînement du combustible en limitant son épaisseur .,-au-dessus de la masse de scories et la surface libre entre les fentes 5 et 6 offerte au passage des flammes n'est pas sensiblement modifiée, de sorte que
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le régime de combustion n'est que fort peu troublé par le fonctionnement du décrasseur et se rétablit très rapidement dans son état normal.
La ch@mbre de combustion comporte à sa partie supérieure des ori- fices 15 conduisant les flemmes dans des éléments de refroidissement où elles s'éteignent rapidement .
Ces éléments de refroidissement se composent de tubes droits 16 sensiblement horizontaux qui sont assemblés par des bottes en tôle soudée 17 et 20. Ces tubes forment des serpentins se situant dans des plans verticaux à l'intérieur du corps de la chaudière. Ils aboutissent à l'extérieur du corps de chaudière à un collecteur de fumée 21. les bottes d'assemblage 20 sont situées sur la face arrière de la chaudière. Elles traversent une paroi 22 et sont fermées par des bouchons 19 facilement démontables pour permettre le ramonage. Un de ces bouchons est re- présenté à plus grande échelle sur les figures 9 et 10. Ils sont composés d'une plaque de tôle 2µ recevant un joint d'amiante à enveloppe métallique 2 ; main- tenu par une contre-plaque 25 fixée par deux boulons 26.
Une tige filetée 27 porte à une extrémité un croisillon 28 de profil convenable qui vient se pla- cer derrière deux taquets 29, soudés à l'intérieur des boîtes 20. Un écrou en laiton 30, monté sur la tige filetée de l'autre côté de la plaque 23, permet le serrage de l'ensemble lorsque le croisillon 28 est engagé derrière les taquets 29. Une béquille 31 soudée à l'autre extrémité de la tige 27 permet de maintenir l'ensemble en bonne position pendant le serrage de l'écrou 30, Cette opération est facilitée par un redan 32 qui empêche le croisillon 28 de tourner dès qu'il est engagé entre les taquets fixes.
En vue de permettre le remplacement du joint, lorsqu'il est avarié, la contre-plaque 25 et de joint comporte des découpures centrales 33 et 34 de forme ovale.
Les serpentins sont raccordés au collecteur de fumée 21 par leurs éléments terminaux inférieurs 35 et des tubulures 36 sont fixées sur le collec- teur 21 en face des éléments terminaux 35. Ces tubulures 36 sont munies de bou- chons 37 semblables à celui qui vient d'être décrit pour permettre le ramonage des tubes inférieurs des serpentins.
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La manoeuvre du poussoir 11 en vue d'obtenir le décrassage par
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l'avzuicement de la couche de scories s'effectue en faisant pénétrer ce pous- soir à l'intérieur du foyer à travers la fente 4 svec un n u-va-=1ent d'aller et retour. le m.écêJ1J.iS1iJe actionnant ce poussoir est constitué par (1eu:r vérins hydrauliques 43 qui le poussent directement.
Comme il apparent plus spéciale- ment s@r la figure 5, le poussoir 11 est associé à deux bielles 44 reliées par des manivelles 45 à un arbre 46 tournant dans deux paliers 47 pour obliger le poussoir à rester toujours parallèle à l'axe de la chaudière, mène quand la
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r(,sitLmce G son avancement est très différente à ses extrémités.
Un ressort spinal de rappel 50 est monté de façon à exercer sur le poussoir une force tendant à la faire sortir de la chaudière en dégageant la
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fente 4 et e. le r2Jïlener à son point de départ.
Les c1ew vérins sont alimentés en huile sous pression psr un compres seur accouplé à un moteur électrique. Un inverseur 48 est actionné par une came 4.9 calée sur l'arbre 46 pour couper lt,-tlirta4vion du moteur électrique quand la poussoir a effectué la course désirée. Cette C--1;7ne 49 est orientable de manière a. pouvoir àire varier dans des limites convenables la course du poussoir.
Une val- ve automatique cOIi'u':.ndée par le débit du compresseur est montée d8 façon à ouvrir un circuit de décharge des vérins lorsque le compresseur cesse d'être entraîné de façon que le ressort 50 puisse ramener le poussoir à son point de départ. L'orifi
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ce ûe éi.cj;l2I'Ge c0:.1111lQlldé par la valve cutonatique est suflisarsient réduit pour que l'écoulesant de l'huile ne puisse se faire que lentement afin de freiner le mouvez ment de retour et d'éviter un choc en fin de course.
La. cane 49 calée sur l'arbre 46 ouvre en outre une seconde valve mon- tée sur un autre circuit de décharge des vérins, lorsque le poussoir a effectué la course désirée. On est ainsi assuré que ces vérins cesseront alors leur action
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mené dons le cas où, par suite d'un mauvais fonctionnement de l'inverseur 4-3, l'alimentation du moteur du compresseur ne serait pas coupée en temps voulu.
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la tableau électrique de la chaudière comporte par rillev.rs un rolcis temporisé qui est réglé et est monté de f2.çon à couper le circuit d'alimentation des moteurs du com:9resseu:
r et du ventilateur lorsque le moteur du cosipresseur cure, fonctionné au delà d'une durée détei-Ennée, ce qui provoquera un erjrêt coy.1.-
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plet de la chaudière jusqu'à une intervention de la personne chargée de la surveillance.
Pour les chaudières de faible puissance on pourra employer le méca- nisme d'actionnèrent du poussoir à la main représenté sur la figure 6. Ce méca- nisme est constitué par un pignon 51 actionné par une manivelle à main 52 en- traînant une roue dentée 53calée sur un arbre à manivelle 54 dontla manivelle 55 est reliée au poussoir 11 par une bielle 56. le mouvement d'aller et retour du poussoir est obtenu par quelques tours de manivelle dans un sens et dans l'en- tre. La roue dentée 53 est pourvue d'un doigt 153 dont la course est limitée en@@ dsux butées 151 et 152 dont l'une 152 est réglable pour déterminer la course uti- le du poussoir.
@insi qu'il est montré sur la figure 13, le tableau électrique de com- mandes de la chaudière comporte un mouvement d'horlogerie 85'., entraîné par un mo- teur électrique 86, alimenté sur deux bornes de sortie du contacteur 87 comman- dant le moteur du ventilateur aspirateur. Ce mouvement d'horlogerie totalise donc les temps de marche du ventilateur. Il entraîne un cadran tournant 88 portant des doigts dont l'écartées nt est réglable de façon à entraîner le basculement d'un in verseur 8 après une durée de marche déterminée du ventilateur.
Un autre inversen 57 est connecté avec celui du mouvement d'horlogerie et est commandé par un doigt 58 placé sur la manivelle 55 du mécanisme de décrassage, de sorte que l'inverseur 57 change de position à chaque mouvement d'aller et retour du poussoir 11. lorsque le temps de fonctionnement de la chaudière prévu lors du ré- glage est écoulé, l'inverseur 89 du mouvement d'horlogerie en basculant ferme' le circuit et allume une lampe témoin qui est placée sur le tableau et qui peut être répétée en tout autre lieu convenablement choisi. La personne chargée de la con- duite de la chaudière est ainsi avertie qu'il y a lieu de procéder au décrassage .
Lorsqu'elle procède au décrassage, le retour de la manivelle 55 son point de repos, provoque le basculement de l'inverseur 57 qui ouvre le circuit et éteint les lampes témoin.
Cette chaudière ne comporte aucun dispositif pour régler la section de passage du combustible à travers la gaine 3 ainsi que l'entrée d'air primaire par la fonte 4. Ces passages restent toujours au:maximum d'ouverture. 3eules les en- trées d'air additionnel par les deux rangées d'orifices 7 et 8 à travers la sole sont munies d'un dispositif de réglage permettant la répartition des débits d'ai
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Chacune des entrées des conduits onenant l'air à ces deux rangées
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.Li est composée, conrme il est montré sur la figure 12, d'une tubulure 59 portant deux ergots soudés munis d'une encoche pour y accrocher deux boulons
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a, oeil 60.
Ces boulons permettent de fixter, par l'intermédiaire d'écrous en laitons 61y un porte-rondelle 62 de iozlie ovalisée portant une fraisure circu- laire 63 servant de logement à une .-rondelle 64 percée d'un trou central. L'ex- trémité de la tige filetée du boulon est terminée par une rondelle soudée 65 qui emprisonne l'écrou pour éviter sa.perte. On peut ainsi démonter'très facilement l'ensemble pour l'enlèvement des cendres tombées dans les conduits d'air, ou pour remplacer une rondelle par une autre dont le trou central surs. un autre diamètre ce qui modifiera le débit d'air dans le conduit.
les tubes d'entrée d'air primai- re 12 et 13 peuvent éventuellement être, soit fermés par des bouchons filetés, soit avoir leur orifice diminué par des rondelles en tôle percées d'un trou cen- tral, emprisonnées par des bouchons filetés percés d'un trou de grand diamètre.
La chaudière se présente sous forme d'un corps parallèlépipédique,
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mais ce corps est divisé en deux parties entièrement fermées coiaauniquant par un collecteur inférieur 38 d'entrée d'eau refroidie et un collecteur supérieur 39
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de sortie d'eau réchauffée. Le collecteur supérieur communique avec chacune des deux parties de la. chaudière par des tubulures 40 nombreuses et de section impor-
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tcmte pour pemettre l'évacuation facile de l'eau émulsionnée produite dans la. chaudière au contact des surfaces de chauffe directe qui sont exposées à de très hautes températures.
De cette manière, on évite les accumulations locales de va- peur, et on facilite considércibls"J.ent la circulation de l'eau à l'intérieur de la chaudière. le collecteur 38 de retour de l'eau dans la chaudière peut être placé
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sur l'une ou l'2utre de ses façades, les tubulures non utilisées étclnt oostra(3es par des brides pleines 41. ur équilibrer la circulation à l'intérieur de la UJ. a 4i L .¯ v chaudière, on place àéu-1s chaque orifice/un tube plongeant 84 illustré sur lp, fi- gure 7. Ce tube est fermé à son extrémité et porte deux orifices latéraux 85 qui débouchent dans l'axe de la chaudière. Cette disposition évite d'installer une deuxième tuyauterie de retour d'eau, de l'autre côté de la chaudière qui est sou vent peu accessible.
Les deux corps de chaudière sont assemblés par des brides 42 boulon- nées avec interposition d'une corde d'amiante graphitée qui assure l'étanchéité
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de la chambre de combustion. Il faut remarquer que si cette étanchéité se trouver
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accidentellement imparfaite, il n'en résulterait aucun danger ; la dépression importante régnant à l'intérieur de l@ chaire de combustion aursit pour effet d'appeler de l'air extérieur en empêchant toute sortie de gez de combustion.
Cet te division du corps de chaudière en deux parties a pour avanta- ge de permettre une grande facilité de construction. Elle rend accessible toutes les soudures des tôles, ce qui facilite les réparations éventuelles. Enfin, elle diminue le poids et l'encombrement des éléments à transporter et à introduire dans les bâtiments. la, chaudière ne comportant aucune porte de foyer est n'unie de tubu- lures de visée 66. Comme il est représenté sur la figure 11, ces tubulures sont fermées par un bouchon portant un orifice 67 de petit diamètre pour ne pas modi- fier sensiblement le régime de combustion lorsque l'un deux est ouvert.
Ces ori- fices sont normalement fermés par un obturateur 68 à contre-poids 69 que l'on soulevé pour faire une observation et qui retombe dès qu'on l'abandonne. Deux orifices places sur chacune des deux façades, permettent de contrôler la combus- tion du côté le plus facilement accessible.
Sur chacune des deux façades latérales, quatre tubulures 70, 71, 72, 73, fermées par des bouchons filetés, permettent d'accéder aux surfaces de chauf- fe directes, exposées à des températures élevées, pour pouvoir retirer périodique- ment le tartre qui peut s'y déposer. On évite ainsi les risques de coups de feu, surtout lorsque l'eau utilisée présente un degré hydrotimétrique élevé.
,;fin de diminuer les pertes de chaleur, les parois extérieures de la chaudière sont recouvertes d'une couche de laine minérale collée 74, protégée par des panneaux de tôle mince 75 fixés par des clous cannelés ou des vis sur des fers en T ou des cornières soudés sur les parois de la chaudière ; on obtient ainsi une isolation calorifique très efficace.
@ l'avant de la chaudière, un panneau 77 démontable recouvre les deux rangées de tubes d'entrée d'air 12 et13 et permet d'y accéder facilement, soit pour chasser les scories qui peuvent les obstruer au bout d'un certain temps de fonctionnement, soit pour en diminuer les orifices si le besoin s'en fait sentir.
Ce panneau est muni d'un joint en caoutchouc pour éviter que se répande à l'exté- rieur la fumée qui peut sortie de ces tubes pendant l'arrêt de l'aspirateur, sur- tout dans le cas d'utilisation de combustibles très riches en matières volatiles.
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Le panneau démontable 77 forme une enceinte laissée ouverte à sa partie basse pour pennettre l'entrée de l'air alimentant les tubes. Cette en- ceinte communique avec l'extérieur par une fente étroite leissée libre au-dessus du poussoir, de sorte que si#en régime très ralenti, des fumées y arrivent et tendent à s'écouler vers l'extérieur, elles sont entraînées dans le foyer par l'air appelé par la légère dépression régnant dans la chaudière.
la trémie est munie de deux trous 84 percés dans les parois vertica- les pour ménager une entrée d'air suffisante et éviter une accumulation de Gaz de distillation dans sa partie supérieure, ces gaz se trouvant alors aspirés vers le foyer. Quand on utilise un combustible riche en matières volatiles, une quantité de fumée appréciable sort par ces trous, et se répand dans la chaufferie pendant l'arrêt de l'aspirateur. Pour éviter cet inconvénient, les trous sont mis en communication par des tuyauteries 184 avec l'enceinte ci-dessus décrite., et les fumées sont absorbées comme il a été dit précédemment.
Un panneau mobile 80 recouvre les extrémités des tubes des éléments serpentins de refroidissement des gaz, pour diminuer considérablement les pertes de chaleur par rayonnement, tout en permettant un ramonage facile de ces tubes.
La chaudière décrite est destinée à la production d'eau chaude. Elle peut néanmoins être facilement équipée pour la production de vapeur en rempla- çant le collecteur de départ 35 par le ballon de vapeur 81 représenté sur la fi- gure 8. Ce ballon est constitué par un réservoir cylindrique horizontal présen- tant une surface importante de plan d'eau pour faciliter le dégageant de vapeut.
A l'intérieur du réservoir se trouvent deux cloisons légèrement incli- nées 82 destinées à recevoir l'eau entraînée par la vapeur au moment de sa libé- ration. Cette eau s'écoulant suivant la pente des cloisons, est recueillie dans deux tubes verticaux 83 dont 1'extrémité inférieure plonge au-dessous du niveau de l'eau dans le ballon, de manière à éviter qu'un courant de vapeur ne s'oppose à l'évacuation des eaux recueillies.
Cette chaudière pourra comporter en outre les caractéristiques des chaudières du même type notamment les caractéristiques qui ont été décrites dans le brevet belge n 506 473 du 17 Octobre 1951.
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"Improvements to fireplace boilers for all solid fuels."
The present patent relates to boilers for all fuels comprising a hearth hearth and a fuel duct arranged above this hearth, forming at its base a first slot towards the outside of the boiler, between one of its sides and the hearth, for the entry of the combustion air, and a second slit, towards the inside of the boiler, between the side opposite to the previous one and the hearth, for the gas flow in a combustion chamber and the evacuation of the bottom ash.
The present invention provides arrangements for further improving the combustion obtained by these boilers.
One of the aims pursued is in particular to avoid any untimely entrainment of fuel inside the combustion chamber.
Another object is to avoid too great an influence of the thickness of the slag layer on the running speed and to obtain more
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high stability of the boiler.
The subject of the invention is in particular a boiler of the above type, characterized in that it comprises inside the combustion chamber a screen which is arranged above the hearth in the vicinity of the second. slot towards the inside of the boiler and the lower edge of which forms, between this screen and the sole, a third slot through which the bottom ash will be discharged, the height of the second slot being appreciably greater than the height of the third slot to provide between these two slots a passage of large section through the fuel.
Other recommended arrangements as well as the advantages which result therefrom will emerge from the following description of an embodiment of the invention, given by way of example, and from the appended drawings in which:
Figure 1 is a cross-sectional view of a hot water boiler according to the invention.
Figure 2 is a side view of the same boiler.
FIG. 3 represents this boiler seen from its rear face.
Figure 4 is a partial cross section of the same boiler in operation.
FIG. 5 is a plan view of a device for actuating a pusher intended for the evacuation of bottom ash. FIG. 6 shows another embodiment of the actuator device of the pusher seen in section.
FIG. 7 is a detail view showing a dip tube ensuring the return of water to the boiler.
FIG. 8 is a sectional view of a steam drum for the steam boiler operation.
Figure 3 is a detail view showing a smoke tube plug seen in vertical section.
Figure 10 is a detail view showing the cap of Figure 9 seen in horizontal section.
Figure II shows a sighting plug for monitoring the boiler.
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FIG. 12 shows an air intake adjustment washer under the floor. 1a, FIG. 13 represents the diagram. electrical signaling device, indicating the push-button operations to be performed.
The boiler shown in Figures 1 to 3 is an automatic boiler with smoke tubes and internal hearth for central heating.
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This boiler cocpobte side lanes of water and a flat hearth hearth 1 above which is arranged a store hopper 2 intended
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to receive the fuel to feed the boiler.
The tréciie 2 opens onto a vertical duct 3 which extends it to bring the fuel
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on the hearth / by ..en <2geant its base above this hearth 1, a slot 4, on the outside side, for the supply of combustion air, and, on the inside - térieur, a slot 5 for the flow of gases in a combustion chamber $ 'and 1'év2.cuo.tion of the bottom ash to an ashtray li3 at 1 extré <ité of the hearth 1 after the combustion chamber.
A vacuum fan creates a vacuum in the boiler, which causes an introduction of air, through the slot 4, which crosses the neck.
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igniting fuel to maintain combustion.
Additional air intakes are formed by two groove bands 7 and 8 through the hearth 1 into the combustion chamber parallel to the slots 4 and 5.
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A pusher 11, actuated by a mechanism of coTlJ [, 1aJ: 1. to advance periodically the mass of fuel and slag to convey these to the ashtray 16, generally in a ton of clinker, 2, l at the end of the consultation route.
It has been observed that when the slag layer is close to the
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hcitor of the. slot 5, the thickness of this layer can influence the functioning of the boiler to reduce its output. The slag can stun the passage of earthquakes and the velocity of the latter is then considerably increased. Chunks of fuel, even of fairly large caliber, can be thrown through the combustion chamber. the l ". ::; ÏTI1e of com-
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bustion is then modified and the adjustment of the additional air inlets must be changed.
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Such phenomena may result from a large and unforeseen increase in the ash content of the fuel or Ul) i1 .. ". Uv2..is initial setting.
These drawbacks are avoided by the arrangements of the boiler shown in which the mass of fuel and slag is forced to pass through two successive slots of different heights.
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A vertical screen 14 is placed for this purpose 1: the interior of the combustion chamber, alongside the slot 5, to form the additional slot 6 between the lower edge of the shield and the hearth. the presence of this slit
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6 makes it possible to increase the height of the slot / cross section so that the fuel can form, between the slots 5 and 6, a slope offering the ribs a large passage section.
Most of the finîmes will come out through this passage as a result
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of his. low pressure drop without resulting in an exaggerated sheathing and therefore there is a risk of 1 st: .tr. :: inel. '"1ent of the fuel cell. the passage of flames as us. the screen is not very important and will have a reduced speed.when the slag layer
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increases, the amount of fixtures passing under the screen decreases and the flow rate increases. through the wide section of embankment between slots 5 and 6.
The screen 14 is constituted by a box with parallel faces joined together at their lower and upper parts by deno.-cylindrical perois. The two elements of the casing unite freely with the lateral water laaes of the boiler body. The upper part of the box is connected
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to the upper water laae of the boiler body via vertical conBnunication tubes including the. The section is large enough to allow water to circulate through the casing without producing steam.
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The boiler shown further has rows of twoes 12 and 13 perosttsnt the primary air to enter above the :: 0- inlet slot.
This arrangement allows an inlet of combustion air at the height where the fuel layer is. lower and, therefore, where the resistance offered to the passage of air is less. Its purpose is to raise the combustion in the fuel descent cladding by causing the distillation.
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of fresh fuel above the. mass of ignited fuel. combustion takes place substantially with the following process which refers in particular to the representation shown in FIG. 4: the primary air enters for a large part through the slot 4, and for a less important part, through the two rows of tubes 12 and 13.
It follows that zone C corresponds to an intense combustion at high temperature, the fuel disappears through the. combustion and the vacuum produced is filled with the fuel immediately above it. A continuous up and down movement is reflected in the entire trap, so that the fuel in the hopper follows this movement with a regular drop in its level. The fresh fuel, not yet reached by the successive combustion phenomena, begins to heat up in zone B by conductivity when it approaches the combustion zone. It then releases the volatile matter it contains.
The hopper has at its upper part small openings 84, and the depression in the hearth tends to. creating a current towards it, so that the volatiles released are entrained towards the combustion zone. A continuous stream of distillation gas passes through the mass of ignited fuel undergoing a sharp increase in temperature. heavy products are transferred to light, hot products very quickly, completely and almost instantaneously. There follows a local increase in temperature which activates the production of these phenomena and causes the melting of the most refractory ashes.
This process has important advantages when using fuels very rich in volatile matter because these fuels contain a lot of heavy materials in a ton of tar, the combustion of which is generally very slow with the production of thick smoke. The present boiler makes it possible to burn these fuels with almost instantaneous and complete combustion of the distillation gases, producing no apparent smoke.
In zone D la. combustion is less lively and the bottom ash collects on the hearth in zone E. They are conveyed by the sludge pusher 11 through the. slot 6 towards the ashtray 10. The two bands of orifices 7 and 8 for additional air intake in zone E ensure the combustion of the carbon which may be included in the clinker during its melting.
This additional air
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furthermore allows the combustion of the fuel from zone D which is not entirely burned, which is located on the surface of the slag and is entrained out of the hearth into the combustion chamber during the operation of the mechanism actuating the pusher, to be completed of scrubbing. the flames passing through the combustion chamber mix with the excess oxygen which comes from the two bands of openings 7 and 8 and is reheated while passing through the mass of clinker and fuel which ends up burning contained
This oxygen causes the combustion of unburnt gas / still in the flames.
During their upward journey in the combustion chamber, the flames abandon the solid particles of fuel and slag which are deposited on the ignited fuel where the deposited fuel particles finish burning.
The stroke of the cleaning pusher and the operating intervals of the mechanism actuating this pusher are adjusted so that the layer of slag at the entrance of the ashtray 10 in zone F is appreciably less than the total height of the passage. through the slot 6 so that the layer of clinker cannot oppose the advancement of the pusher as a result of blockage of clinker against the lower edge of the screen 14. the clinker formed in the combustion zone intense C is supported by a layer of fuel which disappears by burning by means of the air coming through the band of orifices 7.
This clinker descends as this support disappears, pushed by the mass of fuel which is above, and it comes to rest on the clinker which has already reached the sole. When the layer of clinker is sufficient, the pusher 11 intervenes and brings under the screen at E a layer of clinker covered with fuel. This layer of clinker increases during its transport to the ashtray.
As has been said above, the movement of the pusher determines the height of slag in zone F where this slag is mainly composed of vitrified molten clinker and a little agglomerated or pulverulent ash. combustion as established in the boiler shows in particular the advantages of the two successive slots 5 and 6 of decreasing heights.
when the push button advances the mass of fuel and sco-
1 'lines, the screen / opposes the entrainment of the fuel by limiting its thickness., - above the mass of slag and the free surface between the slots 5 and 6 offered to the passage of the flames is not not significantly changed, so that
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the combustion regime is only very slightly disturbed by the operation of the scourer and is very quickly restored to its normal state.
The combustion chamber has in its upper part apertures 15 leading the flames into cooling elements where they are quickly extinguished.
These cooling elements consist of substantially horizontal straight tubes 16 which are assembled by welded sheet metal bundles 17 and 20. These tubes form coils lying in vertical planes inside the body of the boiler. They lead outside the boiler body to a flue gas collector 21. the assembly boots 20 are located on the rear face of the boiler. They pass through a wall 22 and are closed by easily removable plugs 19 to allow sweeping. One of these plugs is shown on a larger scale in Figures 9 and 10. They are made up of a 2μ sheet metal plate receiving an asbestos gasket with a metal casing 2; held by a backing plate 25 fixed by two bolts 26.
A threaded rod 27 carries at one end a cross member 28 of suitable profile which is placed behind two cleats 29, welded inside the boxes 20. A brass nut 30, mounted on the threaded rod on the other side of the plate 23, allows the tightening of the assembly when the spider 28 is engaged behind the cleats 29. A crutch 31 welded to the other end of the rod 27 makes it possible to keep the assembly in the correct position while the clamp is being tightened. 'nut 30, This operation is facilitated by a step 32 which prevents the spider 28 from rotating as soon as it is engaged between the fixed cleats.
In order to allow the replacement of the seal, when it is damaged, the backing plate 25 and seal has central cutouts 33 and 34 of oval shape.
The coils are connected to the smoke manifold 21 by their lower terminal elements 35 and pipes 36 are fixed to the manifold 21 opposite the terminal elements 35. These pipes 36 are provided with plugs 37 similar to the one which comes from 'be described to allow sweeping of the lower tubes of the coils.
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The operation of the pusher 11 in order to obtain the cleaning by
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The slag layer is evacuated by making this push-button penetrate the interior of the hearth through the slot 4 with an outward and return n u-va- = 1ent. the m.écêJ1J.iS1iJe actuating this pusher is constituted by (1eu: r hydraulic cylinders 43 which push it directly.
As it appears more especially in Figure 5, the pusher 11 is associated with two connecting rods 44 connected by cranks 45 to a shaft 46 rotating in two bearings 47 to force the pusher to always remain parallel to the axis of the boiler, when the
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r (, sitLmce G its advancement is very different at its ends.
A spinal return spring 50 is mounted so as to exert on the pusher a force tending to make it come out of the boiler by releasing the
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slot 4 and e. r2Jïlener to its starting point.
The c1ew cylinders are supplied with pressurized oil from a compressor coupled to an electric motor. An inverter 48 is actuated by a cam 4.9 wedged on the shaft 46 to cut off the electric motor when the pusher has performed the desired stroke. This C - 1; 7ne 49 is orientable in a manner a. be able to vary the stroke of the pusher within suitable limits.
An automatic valve cOIi'u ':. Ndependent by the flow rate of the compressor is mounted so as to open a circuit for discharging the cylinders when the compressor ceases to be driven so that the spring 50 can return the plunger to its point. starting point. The orifi
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this ûe éi.cj; l2I'Ge c0: .1111lQlldé by the cutonatic valve is sufficiently reduced so that the oil flow can only be done slowly in order to slow down the return movement and avoid a shock in limit switch.
The cane 49 wedged on the shaft 46 furthermore opens a second valve mounted on another unloading circuit of the cylinders, when the pusher has performed the desired stroke. This ensures that these jacks will then cease their action.
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carried out in the event that, due to a malfunction of the inverter 4-3, the supply to the compressor motor is not cut in due time.
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the electric panel of the boiler comprises by rillev.rs a timed rolcis which is regulated and mounted in such a way as to cut the supply circuit of the com: 9resseu motors:
r and the fan when the motor of the cosipressor cures, operated beyond a fixed period of time, which will cause a shutdown coy.1.-
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plet of the boiler until intervention by the person in charge of monitoring.
For low-power boilers, the mechanism for actuating the push-button by hand shown in FIG. 6. This mechanism is constituted by a pinion 51 actuated by a hand crank 52 driving a toothed wheel. 53called on a crank shaft 54 whose crank 55 is connected to the pusher 11 by a connecting rod 56. the back and forth movement of the pusher is obtained by a few turns of the crank in one direction and in the other. The toothed wheel 53 is provided with a finger 153, the stroke of which is limited by two stops 151 and 152, one of which 152 is adjustable to determine the useful stroke of the pusher.
@as shown in figure 13, the electric boiler control panel comprises a clockwork movement 85 '., driven by an electric motor 86, supplied on two output terminals of contactor 87 controlling the vacuum fan motor. This clockwork movement therefore totals the running times of the fan. It drives a rotating dial 88 bearing fingers whose spaced apart nt is adjustable so as to cause the tilting of an inverter 8 after a determined running time of the fan.
Another inversen 57 is connected with that of the clockwork movement and is controlled by a finger 58 placed on the crank 55 of the scrubbing mechanism, so that the inverter 57 changes position with each back and forth movement of the pusher. 11. when the operating time of the boiler foreseen during the setting has elapsed, the inverter 89 of the clockwork movement by tilting closes the circuit and lights a pilot light which is placed on the panel and which can be repeated. in any other suitably chosen place. The person in charge of operating the boiler is thus warned that it is necessary to clean it.
When it proceeds with the cleaning, the return of the crank 55 to its resting point, causes the tilting of the inverter 57 which opens the circuit and extinguishes the pilot lights.
This boiler does not include any device for adjusting the section of passage of the fuel through the sheath 3 as well as the primary air inlet through the cast iron 4. These passages always remain at: maximum opening. 3Only the additional air inlets through the two rows of orifices 7 and 8 through the sole are fitted with an adjustment device allowing the distribution of the air flows.
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Each of the duct inlets feeds the air to these two rows
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.Li is composed, as it is shown in figure 12, of a pipe 59 carrying two welded lugs provided with a notch to hang two bolts thereon.
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a, eye 60.
These bolts make it possible to fix, by means of brass nuts 61y, an ovalized washer holder 62 bearing a circular countersink 63 serving as a housing for a washer 64 pierced with a central hole. The end of the threaded rod of the bolt is terminated by a welded washer 65 which traps the nut to prevent its loss. It is thus possible to disassemble the assembly very easily for the removal of the ashes which have fallen in the air ducts, or to replace a washer with another whose central hole is sure. another diameter which will modify the air flow in the duct.
the primary air inlet tubes 12 and 13 may optionally be either closed by threaded plugs or have their orifice reduced by sheet metal washers drilled with a central hole, trapped by drilled threaded plugs with a large diameter hole.
The boiler is in the form of a parallelepipedal body,
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but this body is divided into two fully closed parts connected by a lower collector 38 of cooled water inlet and an upper collector 39
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heated water outlet. The upper collector communicates with each of the two parts of the. boiler by numerous pipes 40 and of large section
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head to allow easy evacuation of the emulsified water produced in the. boiler in contact with direct heating surfaces which are exposed to very high temperatures.
In this way, local build-up of steam is avoided, and the circulation of water within the boiler is considerably facilitated. The return manifold 38 for the water in the boiler can be provided. square
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on one or the other of its facades, the unused pipes are oostra (3rd by full flanges 41. To balance the circulation inside the UJ. a 4i L .¯ v boiler, we place at the 1s each orifice / a dip tube 84 illustrated in lp, figure 7. This tube is closed at its end and carries two side openings 85 which open out in the axis of the boiler. This arrangement avoids the installation of a second water return, on the other side of the boiler which is often difficult to access.
The two boiler bodies are assembled by bolted flanges 42 with the interposition of a graphite asbestos cord which ensures tightness.
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of the combustion chamber. It should be noted that if this seal is found
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accidentally imperfect, no danger would result; the high vacuum prevailing inside the combustion chamber has the effect of drawing in outside air, preventing any combustion gas from escaping.
This division of the boiler body into two parts has the advantage of allowing great ease of construction. It makes all the welds of the sheets accessible, which facilitates any repairs. Finally, it reduces the weight and bulk of the elements to be transported and introduced into buildings. the boiler having no hearth door is not joined with sight pipes 66. As shown in FIG. 11, these pipes are closed by a plug carrying an orifice 67 of small diameter so as not to modify substantially the combustion speed when one of them is open.
These orifices are normally closed by a counterweight shutter 68 which is lifted to make an observation and which falls as soon as it is abandoned. Two orifices, placed on each of the two facades, allow the combustion to be controlled from the most easily accessible side.
On each of the two side facades, four pipes 70, 71, 72, 73, closed by threaded plugs, provide access to the direct heating surfaces, exposed to high temperatures, in order to be able to periodically remove the scale which can deposit there. This avoids the risk of gunfire, especially when the water used has a high hydrotimetric degree.
,; to reduce heat loss, the outer walls of the boiler are covered with a layer of glued mineral wool 74, protected by thin sheet panels 75 fixed by grooved nails or screws on T-irons or angles welded to the walls of the boiler; very effective heat insulation is thus obtained.
@ the front of the boiler, a removable panel 77 covers the two rows of air inlet tubes 12 and 13 and allows easy access, either to remove the slag which may clog them after a certain time operation, or to reduce the orifices if the need arises.
This panel is provided with a rubber gasket to prevent the smoke which may escape from these tubes when the vacuum cleaner is stopped, from spreading outside, especially when using very hot fuels. rich in volatile matter.
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The removable panel 77 forms an enclosure left open at its lower part to allow the entry of the air supplying the tubes. This enclosure communicates with the outside by a narrow slit left free above the pusher, so that if # in very slow speed, fumes arrive there and tend to flow outwards, they are entrained in the hearth by the air called up by the slight depression in the boiler.
the hopper is provided with two holes 84 drilled in the vertical walls to provide sufficient air intake and prevent an accumulation of distillation gas in its upper part, these gases then being sucked into the hearth. When using a fuel rich in volatile matter, an appreciable quantity of smoke comes out through these holes, and spreads in the boiler room while the vacuum cleaner is stopped. To avoid this drawback, the holes are placed in communication by pipes 184 with the enclosure described above., And the fumes are absorbed as has been said previously.
A movable panel 80 covers the ends of the tubes of the gas cooling coil elements, to considerably reduce heat loss by radiation, while allowing easy sweeping of these tubes.
The boiler described is intended for the production of hot water. It can nevertheless be easily equipped for the production of steam by replacing the starting manifold 35 by the steam drum 81 shown in FIG. 8. This flask consists of a horizontal cylindrical tank having a large surface area of. body of water to facilitate the release of vapor.
Inside the tank are two slightly inclined partitions 82 intended to receive the water entrained by the steam at the time of its release. This water flowing along the slope of the partitions, is collected in two vertical tubes 83, the lower end of which plunges below the level of the water in the flask, so as to prevent a stream of steam from s' opposes the evacuation of collected water.
This boiler may also have the characteristics of boilers of the same type, in particular the characteristics which have been described in Belgian patent n 506 473 of October 17, 1951.