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" Perfectionnements à des appareils de chauffage ".-
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La présente invention est relative à des perfectionnements à des appareils de chauffage, et parti- culièrement à un appareil perfectionné de chauffage qui utilise de l'air à circulation forcée et le débite à des températures et à des pressions relativement élevées .
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.488.548 décrit un appareil de chauffage à circulation d'air forcée, qui est destiné à un système de chauffage, dans lequel on répartit des quantités relativement faibles d'air à tempé- ratures élevées au moyen de petits conduits, en vue de les mélanger au point d'utilisation avec de l'air ayant des températures plus faibles .
L'appareil décrit dans le bre- vet précité comporte deux enveloppes sensiblement cylindri- ques disposées concentriquement afin de laisser entre ellle un espace annulaire vide, dans lequel est disposé un chan- geur de chaleur'à serpentins Un brûleur de combustible est monté à l'intérieur de l'enveloppe intérieure et il projette des produits de combustion gazeux chauds, perpen- diculairement à l'axe géométrique des enveloppes, directe- ment dans une ouverture prévue dans la spire intérieure des serpentins de l'échangeur de chaleur.
Uncompresseur d'air , monté à l'une des extrémités des enveloppes, envoie de l'air à la fois au brûleur de combustible et dans l'espace compris entre les enveloppes, de manière que cet air s'écou- le, en relation d'échange de chaleur, sur la surface des spires de l'échangeur de chaleur, ce qui a pour effet de chauffer l'air .
Bien que l'appareil qu'on vient de décrire pré- sente de nombreux avantages par rapport aux autres systèmes de chauffage connus antérieurement, on a constaté que l'o-
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fientation du brûleur et l'agencement nouveau de l'écoule- ment des fluides présentent certaines imperfections* La disposition perpendiculaire du brûleur par rapport à l'axe géométrique des enveloppes provoque la concentration d'une projection directe de produits de combustion gazeux chauds sur une partie limitée de la surface de la spire de l'échan- geur la plus rapprochée de l'axe géométrique précité.
Même si le métal utilisé pour réaliser l'échangeur de chaleur est capable de supporter intégralement les températures relativement élevées auxquelles il est soumis, l'impact des gaz chauds sur. une partie localisée de la paro de l'échan- geur de chaleur peut déterminer un état de dilatation et de contraction inégales, susceptibles de provoquer un mau- vais fonctionnement dû à la déforma-tion du,métal. En outre, il est assez difficile d'envoyer de l'air de refroidisse- ment sur la surface précitée qui est soumise à des varia- tions extrêmes de température, du fait que cette surface constitue l'aboutissement à haute température du trajet de l'air chauffé 1.
C'est ,pourquoi la présente invention a pour objet général un appareil perfectionné de chauffage d'air, dans lequel on évite les difficultés qu'on vient de mentionner, tout en conservant les avantages de l'appareil décrit dans le brevet précité et en obtenant d'autres avantages .
Conformément à un mode de réalisation préféré de la pré- sente invention, on réalise les objets de l'invention ainsi que d'autres qui s'y rapportent et on obtient ses avantages, ainsi que d'autres qui s'y rapportent, par la mise en oeuvre d'un appareil, dans lequel on a modifié la structure et l'orientation de l'échangeur de chaleur par rapport au brû- leur, de manière à exposer une partie de surface différente
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et beaucoup plus importante de 1 échangeur de chaleur aux produits de combustion initialement à haute température, ce qui élimine le problème de la dilatation et de la con- traction localisées.
On a prévu également un dispositif pour assurer un écoulement direct d'air de refroidissement sur une surface, qui peut facultativement être la zone d'impact de la flamme émise par le brûleur, ce qui limite les variations de température de cette surface d'impact.
Tandis que l'échangeur de chaleur est disposé horizontale- ment dans le brevet précité, on a préféré lui donner dans la présente invention une dispositionverticale qui, en même temps que la modification intervenue dans la structu- re de l'échangeur de chaleur, facilite beaucoup le nettoya- ge des passages ménagés pour les gaz de combustion, comme on l'expliquera complètement par l suite
Pour faire comprendre entièrement l'invention,' on va la décrire en se référant au dessin annexé, sur le- quel : - la figure 1 est une coupe en élévation d'un dispositif de chauffage d'air conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe, faite par 2-2 de la figure 1, de l'appareil représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est une coupe, similaire à la figure 2, faite par 3-3 de la figure 1.
On a représenté sur la figure 1 les principaux éléments d'un appareil de chauffage conforme à l'invention, à savoir: un brûleur 10 de combustible, qui envoie des pro- duits de combustion gazeux chauds à un échangeur de chaleur 12, et un compresseur ou ventilateur 14, qui envoie de l'air au brûleur 10 et à l'échangeur de chaleur 12. Les éléments 10,12 et 14 sont montés dans un carter allongé 18 sensible- ment rectangulaire, orienté vers le haut '.
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Le carter est de préférence constitue par des panneaux latéraux calorifugés 20, 22, 24, 26 par un pan- neau supérieur calorifuge 28 et par un panneau inférieur 30, qui sont tous assemblés de manière à constituer un ensemble sensiblement étanche à l'air (sauf indication con- traire donnée' par la suite) au moyen de vis à métaux ou
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dtélé:..:,s analogues .
L'échangeur de chaleur 12 est constitué par cinq cylindres concentriques verticaux 32, 34,36, 38 et 40, de rayons différentsqui sont montés co-axialement les uns dans les. autres dans partie centrale du carter de manière à laisser des espaces radiaux entre eux. Des paires choisies de ces cylindres sont réunies à leur extrémité supérieure et à leur extrémité inférieure, de manière à délimiter des tra- jets fermés pour le courant d'air de ventilation et pour les produits de combustion gazeux dans l'échangeur de cha- leur, comme on l'expliquera par la suite
L'extrémité supérieure du cylindre 32 la.plus rapprochée de l'axe de l'appareil est obturée par une paroi terminale 42, au-dessus de laquelle est monté le brûleur 10 de combustible fluide .
Le brûleur 10 est de préférence' du type à vitesse de combustion élevée, ce qui signifie un brûleur permettant de projeter des produits de combustion gazeux chauds à une vitesse sensiblement supérieure à la vitesse de propagation de la flamme du combustible débité par le brûleur. Un brûleur de ce type présente l'avantage être de pouvoir utilisé avec un échangeur de chaleur ramassé, comportant des passages de combustion étroits, s ans qu'on soit obligé d'utiliser un courant d'air naturel anormale- ment puissant.
Un brûleur préféré de ce type comporte'deux manchons métalliques cylindriques 48 et 50 . On prolonge le
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manchon intérieur 48, qui entoure et délimite un espace de combustion s'étendant jusque dans l'espace délimité par le cylindre 32, au moyen d'un manchon 52 en matière réfrac- taire. Le manchon 52 en matière réfractaire traverse une ouverture centrale ménagée dans la paroi terminale 42 et une ouverture similaire ménagée dans la paroi inférieure 54 d'un boîtier 56 qui entoure le brûleur 10 .
Le manchon intérieur 48 est percé d'uncertain nombre de trous 58 alignés latéralement, par lesquels l'air de combustion peut pénétrer dans la chambre de combustion à partir de-l'espace compris entre les manchons 48 et 50.
L'extrémité des manchons 48 et 50.qui est à l'opposé du manchon 52 en matière réfractaire est obturée par une paroi terminale 60, et la projection du combustible dans l'espace de combustion est assurée par le montage d'un dispositif un émetteur de combustible,par exemple7injecteur atomiseur de combustible 62. On utilise un dispositif d'allumage, par exemple une bougie 63, qui traverse les manchons 48, 50 et fait saillie dans l'espace de combustion, pour enflammer le combustible qui y est projeté par le dispositif d'émis- sion 62. On peut, bien entendu, modifier le brûleur 10, de manière à obtenir la combustion d'un combustible gazeux, par substitution d'un dispositif approprié d'émission de combustible .
Le montage de la tête de brûleur qu'on vient de décrire constitue un dispositif à vitesse de combustion élevée, qui est susceptible de projeter des produits de combustion gazeux chauds à une vitesse sensiblement supérieu- re à la vitesse de propagation de la flamme du .combustible qui y est amené. L'air projeté par le ventilateur 14 s'é- coule dans le bôftier 56 du brûleur, comme expliqué ci-des- sus, il descend le long de la surface extérieure du manchon
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56, puis il monte en passant dans l'espace compris entre les manchons 48, 50 et pénètre dans la chambre de combus- tion, sous forme de jets distincts orientés radialement.,- en traversant les grands trous 58 pratiqués dans le manchon intérieur 48.
Les impacts mutuels que subissent ces jats d'air au centre de la chambre de combustion provoquent l'ascencion d'une partie de l'air en direction de la paroi terminale 60,puis cette partie d'air s'écoule radialement vers l'extérieur le long de la paroi terminale 60 et redesce alors le long de la surface intérieure du manchon intérieur
48. La trajectoire particulière du courant d'air détermine un tourbillon ou une turbulence annulaire dans la zone si- tuée entre les ouvertures d'admission 58 et l'extrémité fer- mée 60 de la chambre de combustion .
Le renversement de di- rection du courant d'air crée une zone d'écoulement d'air de vitesse sensiblement nulle dans la zone torique de l'é- coulement, et l'on a agencé l'ajutage 62 de manière qu'il projette le combustible dans cet espace d'air relativement "mort". En provoquant dans cette zone d'air à faible vitesse la combustion du combustible atomisé, en peut obtenir une admission des gaz ( air et produits de combustion) dans la chambre de combustion et un échappement de ceux-ci hors de la chambre, à une vitesse très supérieure à la vistesse de propagation de la flamme du combustible brûlé, sans extinc- tion de la flamme par soufflage .
On peut voir que l'agencement du brûleur 10 lui permet de projeter des gaz de combustion vers le bas dans le cylindre 32, de manière que la totalité de la surface in- térieure de ce cylindre soit exposée à la radiation de cha- leur émise par la flamme. La flamme proprement dite peut frapper une paroi terminale 64 obturant l'extrémité inférieu- re du cylindre @8 situé près du cylindre qui est le plus
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éloigné de l'axe de l'appareil et qui est en face du manchon en matière réfractaire 52 émettant les gaz de combustion.
Le compresseur d'air ou ventilateur 14*disposé a l'extrémité inférieure du carter 18, est actionné par un moteur 66. Etant donné que ce ventilateur ne fait pas par- tie per se de la présente invention, on ne l'a pas représen- té en détail. Le ventilateur est raccordé par un conduit d'échappement 68 qui débite l'air par une ouverture prati- quée dans une plaque 70, qui 's'étend transversalement aux parties terminales inférieures du cylindre échangeur de chaleur 40 le plus éloigné de l'axe de l'appareil.
Le con- duit dé sortie du ventilateur.débite de l'air'de combustion et de l'air de ventilation,, et le courant d'air aspiré,par le ventilateur est envoyé sur le moteur 66- qui actionne ce dernier, ce qui assure un refroidissement, comme on va main- tenant le décrire. '
Une ouverture d'admission 72'munie dtune persien- ne, qui est pratiquéeisur l'un des panneaux latéraux 26 du carter, est recouverte par un filtre à air 74, par lequel passe l'air pénétrant dans le carter 18. En sortant;du fil- tre, l'air d'admission suit un trajet-descendant entre le carter et le cylindre 40 qui 'est. le plus éloigné de l'axe de l'appareil.
Cet air s'écoulant sur la surface extérieure de l'échangeur de-chaleur sert à réduire au minimum les pertes thermiques, ce qui permet de maintenir le carter à une tem- pérature très faible et de réduire le bruit du ventilateur à l'extérieur de l'appareil.
Lorsque l'air atteint l'extrémité inférieure du carter, il s'écoule sur le moteur 66 et pénètre dans le ven- tilateur 14, qui le projette dans le conduit 68 sur la pla- que 64 qui obture la partie terminale inférieure du cylin- dre 38 situé près du cylindre le plus éloigné de l'axe de
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l'appareil. Etant donné que la plaque 64 est disposée en fa- ce du brûleur, elle constitue la surface d'impact vers la- quelle le brûleur projette les produits de combustion à hau te température. De ce fait, l'air à température peu élevée provenant du ventilateur empêche la plaque d'impact 64 d'ê- tre soumise à une chaleur excessive.
Outre les plaques terminales 42, 64 et 70 préci- tées, on a prévu d'autres parois terminales à la partie su- périeure et à la partie inférieure des cylindres de l'échan- geur de chaleur, qui servent avec les plaques précitées à délimiter des trajets d'écoulement de t'luiae dans l'échan- geur de chaleur. Les extrémités supérieures respectives du cylindre 40 le plus éloigné de l'axe de l'appareil et du cy lindre 34 immédiatement voisin du cylindre le plus rapproché; de l'axe sont réunies par une paroi terminale 76, qui fait partie d'une cloison s'étendant en totalité transversale- ment au carter. Les extrémités supérieures respectives du troisième cylindre 36 et du cylindre 38 voisin du cylindre
40 le plus éloigné de l'axe de l'appareil sont réunies par une paroi terminale 78.
De même, les extrémités inférieures respectives du troisième cylindre 36 et du cylindre 32 le plus rapproché de l'axe de l'appareil sont réunies par une paroi terminale de liaison 79.
Au début de leur trajet dans l'échangeur de cha- leur, l'air qui entretient la combustion et l'air de venti- lation (ou air destiné à être chauffé') suivent un même tra- jet, qui part du conduit 68 du ventilateur, passe le long de la surface inférieure de la plaque 64 et remonte ensuite par l'espace compris entre le cylindre 40 le plus éloigné de .l'axe de l'appareil et le cylindre 38 immédiatement voisin.
En arrivant à la paroi terminale 76, l'air des- tiné à l'entretien de la combustion et l'air destiné à la
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ventilation se séparent, 'air de comeastion, qui peut re- présenter par exemple un huitième de la masse totale d'air, traverse une ouverture 77 ménagée.:dans la paroi 76, puis s'écoule dans un conduit 80, qui débouche dans le boîtier 56 du brûleur, et il pénètre alors dans la tête du brûleur (manchons 48 et 50).
De son côté, l'air de ventilation est dévié par la paroi terminale 76, qui le fait s'écouler vers le bas par'l'espace compris entre le troisième cylindre 36 et le cylindre 34 situé au voisinage du cylindre le plus rappro- ché de l'axe de l'appareil. Lorsque l'air de ventilation at- teint les extrémités inférieures respectives de ces cylin- dres, il est dévié par la paroi terminale 79'qui le fait ' ' remonter entre le cylindre 32 le plus rapproché de l'axe de l'appareil et'le cylindre 34 immédiatement voisin ;
En arri- vant à la'partie'.; terminale supérieure des cylindres 32 et 34, l'air de ventilation pénètre par une ouverture 83 dans une chambre de détente 84 délimitée ;Par des'parois 85 adja- centes au .boîtier du brûleur, et il est ' évacué par des, tuyaux d'échappement 86 et des conduits (non représentés) qui y sont raccordés.
Les produits de combustion à température élevée, qui sont projetés par le brûmeur 10, descendent dans le cy- lindre intérieur 32 jusqu'à la plaque d'impact 64, puis ils remontent en passant par l'espace compris entre le troisiè- me cylindre 36 et le cylindre 38 situé, au voisinage du cy- lindre le plus éloigné de l'axe de 1''appareil, et ils sont évacués par un conduit d'échappement 88, qui est raccordé au cylindre 38.
Il est évidemment important que les gaz de com- bustion ne s'infiltrent pas dans le courant d'air de venti- lation. Bien qu'il soit entendu qu'on assure une étanchéité parfaite entre le courant des gaz de combustion et le cou-
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rant d'air de ventilation, afin d'empêcher de telles fuites, il existe toujours un risque de fuite à des points de con- tiguité entre les deux trajets, par exemple à la jonction de la paroi 78 et du troisième cylindre 36.
Afin d'assurer que toute fuite entre les deux tra' jets se fasse dans une direction offrant toute sécurité, c'est-à-dire entre le trajet de l'air de ventilation et le trajet des produits de combustion, et non vice-versan il est préférable de maintenir une pression de fonctionnement du fluide qui soit plus. faible en tous points sur le trajet des produits de combustion qu'en des points adjacents du trajet de l'air de ventilation. 'A cet effet, on prévoit, de préfé-
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rence, un disposimr d'étranglement, par exemple un regis- tre 89, monté dans le conduit 80 aboutissant au brûleur, pour diminuer la pression de l'air envoyé à ce dernier.
En outre, on doit déterminer convenablement l'espacement entre les cylindres 32 à 38, en fonction du système de répartition dans lequel l'air de ventilateur est réparti, afin de main- tenir une pression appropriée dans le courant d'air de ven- tilation qui traverse l'échangeur de chaleur.
Conformément à une autre caractéristique de la présente invention, on prévoit de préférence un dispositif pour empêcher toute possibilité d'un refoulement de gaz im- purs passant du brûleur 10 à l'échangeur de chaleur 12,lors- que l'appareil est arrêté. A la fin d'une période d'émis- sion de chaleur, par exemple, il peut subsister des traces de gaz de combustion dans l'échangeur de chaleur pendant un court laps de temps après l'arrêt de fonctionnement du ven- tilateur 14. Afin d'empêcher les produits de combustion va- porisés de revenir en arrière par le conduit 80 et de s'in- sinuer dans le système d'air de ventilation, on prévoit une soupape unidirectionnelle 90 dans l'extrémité du conduit 80
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qui est située du côté du brûmeur,
cette soupape étant ar- ticulée de manière à s'ouvrir sous l'effet d'une pression d'air s'exerçant dans! le conduit 80. Lorsque le ventilateur
14 est- arrêté, la soupape 90 se referme par son propre poids ou bien on peut déterminer sa fermeture de manière plus cer- ' taine au moyen d'un ressort 92.
Conformément à une autre caractéristique de la présente invention, on a prévu un dispositif pour faire pas- ser une faible quantité d'air dans l'exprémité supérieure du ;carter, afin d'empêcher un échauffement excessif des or- ganes de commande 93, qui sont normalement montés'dans cet- te partie du carter.
On isole cette partie 'du carter au moyen de la cloion 76, qui s'étend transversalement au car- ter au-dessus de l'échangeur de chaleur. -Ce conduit d'échap- pement 88 s'étend ver le haut en traversant la cloison 76 et il assure une communication avec une cheminée (non re- présentée) par l'intermédiaire d'un aspirateur constitué par un conduit d'évacuation 94, dont le diamètre est supé- rieur à celui du conduit d'échappement'et dont une partie est disposée autour de l'extrémité'de ce dernier, comme re-' présenté.
Lorsque les gaz de combustion traversent l'aspi- rateur, en passant du conduit @@ au conduit 94, un courant d'air, provenant de l'espace existant autour du bottier du brûleur, pénètre dans le conduit 94, ce qui a pour effet d'aspirer de l'air à travers une persienne 95 disposée dans la partie supérieure du carter.
L'une des difficultés qu'on rencontre fréquem- ment avec des échangeurs de chaleur à passages multiples de structure ramassée, comme dans l'appareil décrit- ici, réside- dans le nettoyage des passages des gaz de combustion. Dans l'appareil conforme à la présente invention, on peut accé- der facilement aux parties de l'échangeur de chaleur dans
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lesquelles passent les gaz de combustion, en vue de les net- toyer,comme on va maintenant le décrire.
Une ouverture de décrassage 41 est ménagée dans le cylindre 38 situé au voisinage du cylindre 40 le plus é- loigné de l'axe de l'appareil; cette ouverture s'étend à partir de l'extrémité inférieure du cylindre 38 jusqu'au voisinage de la partie supérieure du cylindre 38. On accède à l'ouverture 41 par un compartiment 43 délimité par des pa- rois 44, qui s'étendent à partir de l'ouverture 41 et tra- versent une ouverture similaire prévue dans le même aligne- ment, qui est ménagée dans le cylindre extérieur 40. Le com- partiment 43 est obturé par un panneau amovible 45 mainte- nu en place par des vis à.métaux 46 ou organes analogues.
Pour nettoyer le passage des gaz de combustion entre le troi: sième cylindre 36 et le cylindre 38 disposé au voisinage immédiat du cylindre le. plus éloigné de l'axe de l'appareil, on peut introduire facilement une brosse à main métallique flexible (non représentée), après enlèvement du panneau d'accès 45, pour gratter et enlever toute la suie accumulée sur les cylindres 36 et 38. La suie tombe sur la paroi ter- minale 64, d'où pn peut facilement l'enlever par l'ouvertu- re 43.
Pour le nettoyage du cylindre intérieur 32 et pour l'entretien du brûmeur 10, on peut enlever le panneau supérieur 28 et le panneau 56 du bottier, ce qui découvre la brûleur, qu'on peut alors enlever pour accéder à la surface intérieure du cylindre 32. En opérant comme on vient de le décrire, la suie enlevée par le brossage de la surface inté- rieure du cylindre 32 tombe sur la plaque terminale 64 et on peut l'enlever par l'ouverture 43.
Conformément à une autre caractéristique de la présente invention, on monte sur le panneau d'accès 45 un
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panneau de détente 81 pour détendre l'excès de pression pro- voqué par un retard à l'allumage ou par un phénomène analo- gue, ce qui protège l'échangeur de chaleur d'une détériora- tion. Le montage du panneau 81 lui permet de se déplacer le long de goujons de guidage 82, et il est normalement mainte- nu en place par des ressorts 83, ce qui fait que le panneau 81 peut être repoussé vers l'extérieur de manière à déten- dre la pression en excès, mais qu'il revient immédiatement à sa position normale d'obturation étanche de l'ouverture de détente.
REVENDICATIONS.-
1.- Appareil de chauffage utilisant de l'air, c a r a c t é r i s é en cè qu'il comporte : un carter ex- térieur allongé\orienté vers le haut, un échangeur de'cha- leur, dans lequel sont disposés cinq cylindres verticaux de ..
, , rayons différents, qui sont'montée concentriquement les uns à l'intérieur des autres de manière à laisser des espaces entre eux, un ventilateur disposé en dessous'de l'échangeur de chaleur, une première et une seconde paroi terminale ob- turant les extrémités inférieures respectives du cylindre le plus éloigné de l'axe de l'appareil et du cylindre qui lui est immédiatement voisin, la paroi terminale du cylin- dre le plus éloigné de l'axe étant percée d'une ouverture, un conduit raccordant le ventilateur à l'ouverture précitée, une troisième paroi terminale reliant:
les extrémités supé- rieures respectives du cylindre le plus éloigné de l'axe et du cylindre qui est immédiatement voisin du cylindre le plus rapproché de l'axe, cette paroi étant percée d'une ouvertu- re, une quatrième paroi terminale obturant l'extrémité su- périeure du cylindre le plus rapproché de l'axe, un brûleur de combustible fluide monté au-dessus d'une ouverture ména-
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gée dans la quatrième paroi terminale et projetant par cet- te ouverture le combustible fluide dans le cylindre le plus rapproché de l'axe, un boîtier entourant le brûleur, un con- duit raccordant l'ouverture de la troisième paroi termina- le, au bottier,
une cinquième paroi terminale reliant les extrémités supérieures respectives-du cylindre central et du cylindre situé au voisinage immédiat du cylindre le plus éloigné dé l'axe et une sixième paroi terminale réunissant les extrémités inférieures respectives du troisième;cylin- dre (ou cylindre médian) et du cylindre le plus rapproché de l'axe de l'appareil, ces cylindres et ces parois terminales délimitant un premier trajet pour l'air destiné à être chauf fé ainsi qu'un second trajet qui est distinct du premier trajet et qui est destiné aux produits de combustion émis par le brûleur, une partie de l'air, provenant du premier trajet, traversant l'ouverture du conduit mentionné en pre- mier et pénétrant dans le boîtier pour alimenter le brûleur en air de combustion.
2.- Appareil suivant la revendication 1, c a - r a c t é r i s é en ce que la troisième paroi terminale s'étend vers l'extérieur du cylindre le plus éloigné de l'ax e et est en contact étanche avec les parois du carter, ce qui y forme un compartiment disposé au-dessus de l'échangeur de chaleur dans lequel sont placés le brûleur et le boîtier du brûleur.
3. - Appareil suivant l'une ou l'autre des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce qutun con- duit d'échappement fait communiquer le compartiment préci- té et l'extérieur du carter, le second trajet susmentionné, qui passe par l'échangeur de chaleur et qui est destiné aux produits de combustion, se terminant dans un conduit d'éva- cuation s'étendant dans le conduit d'échappement, dont il
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est espacé radialement, ce qui constitue un aspirateur qui extrait les gaz hors du compartiment sous l'effet du courant- des gaz qui traverse le conduit d'évacuation et le conduit dtéchappement.
4.-Appareil suivant l'une ou l'autre des reven- dications 2 et 3, caractérisé en ce que le com- partiment précité comporte une entrée d'air frais disposée du côté du carter qui est à l'opposé du conduit d'échappe- ment susmentionné.
5.- Appareil suivant l'une ou l'autre des reven- dications précédentes, 'caractérisé en ce que le conduit d'échappement comporte un dispositif tel qu'une sou- pape unidirectionnelle, qui obture le conduit de-manière à empêcher les gaz de passer du boîtier du brûleur à ce con- duit et qui peut s'ouvrir sous l'action dtun courant dtair 'comprimé provenant du premier trajet précité et pénétrant dans le conduit.
6. - Appareil suivant l'une ou l'autre des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le cylindre le plus éloigné de l'axe et le cylindre qui est à son voisinage immédiat comportant des ouvertures alignées, qui traversent une .partie importants de leurs longueurs, des parois délimitent un compartiment d'accès permettant un nettoyage et s'étendent dans les ouvertures qu'on vient de mentionner, un panneau d'accès amovible est fixé aux parois qu'on vient de mentionner et il obture le compartiment à l'extérieur du cylindre le plus éloigné de l'axe.
7. - Appareil suivant l'une ou l'autre des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le panneau d'accès comporte une ouverture, un dispositif per- mettant de détendre un excès de pression comportant un se- cond panneau recouvrant l'ouverture du panneau d'accès, ce
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second panneau étant maintenu en position de fermeture par des ressorts, qui laissent le ecnd panneau s'ouvrir, lors-
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qu'il se produit des pxessions eessives dans 1- espace com- pris entre le cylindre médian et le cylindre situé au voisinage immédiat du cylindre le plus éloigné de l'axe.
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re i.7. suivait 1"une ou l'autre des reve n-
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dications précédntes, car, a et é r i s é en ce qu'on prévoit un étranglement du second'trajet d'air en amont du
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brÜeur,: pour màintenir ent9U$ ppints le long de c 'second trajet une pression de,fonctionnement inférieure à la pres- sion régnant à des'points adjacentssitués le'long du pre- mier trajet d'air )récité , .
9.- Appareil suivantl'une ou l'autre des. reven-
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dici.,ns prêcédn#es' c a.r .c.. é' r i s: é ,en ce.'qu'on r disuose un regislri,dang. 1e cb&<3.u.t'précité.' àboutisèant à la chambre du brûleur t. on '.P1?-t.' te x,ëger,,de,.' ,ma.'é ré- \- 'f. ' ' ' duire le courant ;d :a.r 4IDené,'' io'P1ur.
' .1Ó...."Ap::ri! S\li!f'-,t:Jf'1e.o,lt'a1jut;r dèfi be ven- -.t 1 \; (1\ dications précédentes, ,c a, ,:ri, J 0" $ ë r i,1 U >,é/ en' ce.' due'le v n 1 ; ' ; . >. 'I t 1- 1j .carter comporte ühJ 'Rar()1 ub '.'*un' ent1:'é' d'air 6eryant . "1 l' ,,< à envoye"de 1.ra.uuveit.,;te,et "1,'air ainsi. adS,.e6t envoyé sur,' le ,méÉe1éi qui etf1tttiele ventilateur en' rota- tion.
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"Improvements to heating devices" .-
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The present invention relates to improvements in heaters, and particularly to an improved heater that utilizes forced circulating air and delivers it at relatively high temperatures and pressures.
US Pat. No. 2,488,548 describes a forced air circulation heater which is intended for a heating system in which relatively small amounts of air are distributed at elevated temperatures. by means of small ducts, in order to mix them at the point of use with air having lower temperatures.
The apparatus described in the aforementioned patent comprises two substantially cylindrical envelopes arranged concentrically so as to leave between them an empty annular space, in which is arranged a heat changer with coils. A fuel burner is mounted at the bottom. interior of the inner shell and projects hot gaseous combustion products, perpendicular to the geometric axis of the casings, directly into an opening provided in the inner turn of the heat exchanger coils.
An air compressor, mounted at one end of the casings, sends air both to the fuel burner and to the space between the casings, so that this air flows, in relation heat exchange, on the surface of the turns of the heat exchanger, which has the effect of heating the air.
Although the apparatus just described has many advantages over other previously known heating systems, it has been found that the o-
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The orientation of the burner and the new arrangement of the flow of the fluids present certain imperfections. The perpendicular arrangement of the burner with respect to the geometric axis of the envelopes causes the concentration of a direct projection of hot gaseous combustion products on a limited part of the surface of the coil of the exchanger closest to the aforementioned geometric axis.
Even though the metal used to make the heat exchanger is able to fully withstand the relatively high temperatures to which it is subjected, the impact of hot gases on. a localized part of the heat exchanger wall can cause a state of unequal expansion and contraction, which can cause malfunction due to the deformation of the metal. In addition, it is quite difficult to send cooling air over the aforementioned surface which is subjected to extreme temperature variations, since this surface constitutes the high temperature end of the path of the air. heated air 1.
This is why the general object of the present invention is an improved air heating apparatus, in which the difficulties which have just been mentioned are avoided, while retaining the advantages of the apparatus described in the aforementioned patent and in getting other benefits.
According to a preferred embodiment of the present invention, the objects of the invention as well as others related thereto are achieved and its advantages, as well as others related thereto, are obtained by the use of an apparatus in which the structure and orientation of the heat exchanger with respect to the burner have been changed so as to expose a different surface part
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and much larger from heat exchanger to combustion products initially at high temperature, eliminating the problem of localized expansion and contraction.
A device has also been provided for ensuring a direct flow of cooling air over a surface, which may optionally be the impact zone of the flame emitted by the burner, which limits the temperature variations of this impact surface. .
While the heat exchanger is arranged horizontally in the aforementioned patent, it has been preferred in the present invention to give it a vertical arrangement which, together with the modification in the structure of the heat exchanger, facilitates very much the cleaning of the passages provided for the combustion gases, as will be explained fully below.
In order to fully understand the invention, it will be described with reference to the accompanying drawing, in which: - Figure 1 is a sectional elevation of an air heater according to the invention; - Figure 2 is a section, taken at 2-2 of Figure 1, of the apparatus shown in Figure 1; - Figure 3 is a section, similar to Figure 2, taken through 3-3 of Figure 1.
FIG. 1 shows the main elements of a heating apparatus according to the invention, namely: a fuel burner 10, which sends hot gaseous combustion products to a heat exchanger 12, and a compressor or fan 14, which supplies air to burner 10 and heat exchanger 12. Elements 10, 12 and 14 are mounted in an elongated, substantially rectangular, upwardly facing housing 18.
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The casing is preferably formed by heat-insulated side panels 20, 22, 24, 26 by a heat-insulated upper panel 28 and by a lower panel 30, which are all assembled so as to constitute a substantially airtight assembly ( unless otherwise specified below) by means of machine screws or
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dtélé: ..:, s analogues.
The heat exchanger 12 consists of five vertical concentric cylinders 32, 34, 36, 38 and 40, of different radii which are mounted co-axially in each other. others in the central part of the casing so as to leave radial spaces between them. Selected pairs of these cylinders are joined at their upper end and at their lower end, so as to delimit closed paths for the flow of ventilation air and for the gaseous combustion products in the heat exchanger. , as will be explained later
The upper end of cylinder 32 la. closest to the axis of the apparatus is closed off by an end wall 42, above which is mounted the burner 10 of fluid fuel.
The burner 10 is preferably of the high burn rate type, which means a burner capable of projecting hot gaseous combustion products at a rate substantially greater than the rate of flame propagation of the fuel delivered by the burner. A burner of this type has the advantage of being able to be used with a compact heat exchanger, having narrow combustion passages, without having to use an abnormally strong natural air current.
A preferred burner of this type has two cylindrical metal sleeves 48 and 50. We extend the
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inner sleeve 48, which surrounds and delimits a combustion space extending into the space delimited by cylinder 32, by means of a sleeve 52 of refractory material. The sleeve 52 of refractory material passes through a central opening made in the end wall 42 and a similar opening made in the lower wall 54 of a housing 56 which surrounds the burner 10.
The inner sleeve 48 has a number of laterally aligned holes 58 through which combustion air can enter the combustion chamber from the space between the sleeves 48 and 50.
The end of the sleeves 48 and 50, which is opposite the sleeve 52 of refractory material is closed by an end wall 60, and the projection of the fuel into the combustion space is ensured by the mounting of a device. fuel emitter, e.g. fuel atomizer injector 62. An ignition device, e.g. spark plug 63, which passes through sleeves 48, 50 and protrudes into the combustion space, is used to ignite the fuel which is projected therein. by the emission device 62. It is of course possible to modify the burner 10, so as to obtain the combustion of a gaseous fuel, by substitution of an appropriate fuel emission device.
The burner head assembly just described constitutes a high combustion speed device, which is capable of projecting hot gaseous combustion products at a speed substantially greater than the flame propagation speed of. fuel that is brought there. The air projected by the fan 14 flows into the box 56 of the burner, as explained above, it descends along the outer surface of the sleeve.
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56, then it rises, passing through the space between the sleeves 48, 50 and enters the combustion chamber, in the form of separate jets oriented radially., - passing through the large holes 58 made in the inner sleeve 48 .
The mutual impacts that these air jats undergo in the center of the combustion chamber cause part of the air to rise in the direction of the end wall 60, then this part of air flows radially towards the end wall 60. outside along the end wall 60 and then down again along the inside surface of the inside sleeve
48. The particular path of the air stream determines an annular vortex or turbulence in the area between the inlet openings 58 and the closed end 60 of the combustion chamber.
The directional reversal of the air stream creates a zone of air flow of substantially zero velocity in the toric zone of the flow, and the nozzle 62 has been arranged so that it. projects fuel into this relatively "dead" air space. By causing the combustion of the atomized fuel in this zone of air at low speed, it is possible to obtain an admission of the gases (air and combustion products) into the combustion chamber and an escape of these out of the chamber, at a speed much greater than the speed of propagation of the flame of the burnt fuel, without extinguishing the flame by blowing.
It can be seen that the arrangement of the burner 10 allows it to project combustion gases downwardly into the cylinder 32, so that the entire interior surface of this cylinder is exposed to the radiated heat emitted. by the flame. The actual flame may strike an end wall 64 closing off the lower end of cylinder @ 8 located near the cylinder which is the most
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away from the axis of the device and which is opposite the sleeve of refractory material 52 emitting combustion gases.
The air compressor or fan 14 *, disposed at the lower end of the housing 18, is operated by a motor 66. Since this fan does not form part of the present invention, it has not been used. shown in detail. The fan is connected by an exhaust duct 68 which delivers air through an opening in a plate 70 which extends transversely to the lower end portions of the heat exchanger cylinder 40 furthest from the axis. of the device.
The exhaust duct of the blower delivers combustion air and ventilation air, and the current of air sucked in by the blower is sent to the motor 66- which operates the latter. which provides cooling, as will now be described. '
An intake opening 72 'provided with a louver, which is made on one of the side panels 26 of the casing, is covered by an air filter 74, through which passes the air entering the casing 18. On leaving; of the filter, the intake air follows a downward path between the crankcase and cylinder 40 which is. furthest from the axis of the device.
This air flowing over the outer surface of the heat exchanger serves to minimize heat loss, which keeps the crankcase at a very low temperature and reduces fan noise to the outside. of the device.
When the air reaches the lower end of the housing, it flows over the motor 66 and enters the fan 14, which projects it into the duct 68 on the plate 64 which closes the lower end part of the cylinder. - dre 38 located near the cylinder furthest from the axis of
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the device. Since the plate 64 is arranged in front of the burner, it constitutes the impact surface towards which the burner projects the products of combustion at high temperature. Therefore, the low temperature air from the fan prevents impact plate 64 from being subjected to excessive heat.
In addition to the aforementioned end plates 42, 64 and 70, other end walls are provided at the top and bottom of the heat exchanger cylinders, which together with the aforementioned plates serve to delimit flow paths of the fluid in the heat exchanger. The respective upper ends of the cylinder 40 furthest from the axis of the apparatus and of the cylinder 34 immediately adjacent to the nearest cylinder; of the axis are joined by an end wall 76, which forms part of a partition extending entirely transversely to the housing. The respective upper ends of the third cylinder 36 and of the cylinder 38 adjacent to the cylinder
40 furthest from the axis of the apparatus are joined by an end wall 78.
Likewise, the respective lower ends of the third cylinder 36 and of the cylinder 32 closest to the axis of the apparatus are joined by a connecting end wall 79.
At the start of their journey through the heat exchanger, the air which maintains combustion and the ventilation air (or air intended to be heated ') follow the same path, which leaves from duct 68 fan, passes along the lower surface of plate 64 and then rises through the space between cylinder 40 furthest from the axis of the apparatus and cylinder 38 immediately adjacent.
On reaching the end wall 76, the air intended for the maintenance of the combustion and the air intended for the
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ventilation separate, the comeastion air, which may represent for example one-eighth of the total air mass, passes through an opening 77 made in the wall 76, then flows into a duct 80, which opens into the burner housing 56, and it then enters the burner head (sleeves 48 and 50).
For its part, the ventilation air is deflected by the end wall 76, which causes it to flow downwards through the space between the third cylinder 36 and the cylinder 34 located in the vicinity of the closest cylinder. the axis of the device. When the ventilation air reaches the respective lower ends of these cylinders, it is deflected by the end wall 79 'which causes it to rise between the cylinder 32 closest to the axis of the apparatus and the immediately adjacent cylinder 34;
When you get to the 'part' .; upper terminal of cylinders 32 and 34, the ventilation air enters through an opening 83 into an expansion chamber 84 delimited by walls 85 adjacent to the burner housing, and it is discharged through, pipes. 'exhaust 86 and conduits (not shown) which are connected thereto.
The products of combustion at high temperature, which are projected by the burner 10, descend in the internal cylinder 32 to the impact plate 64, then they rise through the space between the third cylinder. 36 and the cylinder 38 located in the vicinity of the cylinder furthest from the axis of the apparatus, and they are discharged through an exhaust duct 88, which is connected to the cylinder 38.
It is obviously important that combustion gases do not enter the ventilation air stream. Although it is understood that a perfect seal is ensured between the flow of combustion gases and the neck.
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rant of ventilation air, in order to prevent such leaks, there is always a risk of leakage at points of contiguity between the two paths, for example at the junction of the wall 78 and of the third cylinder 36.
In order to ensure that any leak between the two paths takes place in a direction offering complete safety, that is to say between the path of the ventilation air and the path of the combustion products, and not vice versa. versan it is preferable to maintain an operating pressure of the fluid which is more. low at all points in the path of the combustion products than at adjacent points in the path of the ventilation air. 'For this purpose, provision is preferably made
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Reference, a throttling device, for example a register 89, mounted in the duct 80 leading to the burner, to reduce the pressure of the air sent to the latter.
In addition, the spacing between cylinders 32-38 must be properly determined, depending on the distribution system into which the fan air is distributed, in order to maintain an appropriate pressure in the supply air stream. tilation that passes through the heat exchanger.
In accordance with another feature of the present invention, there is preferably provided a device for preventing any possibility of a backflow of impure gas passing from the burner 10 to the heat exchanger 12, when the apparatus is switched off. At the end of a period of heat emission, for example, traces of combustion gas may remain in the heat exchanger for a short period of time after the fan has stopped operating 14 In order to prevent the vaporized combustion products from going back through the duct 80 and into the ventilation air system, a one-way valve 90 is provided in the end of the duct 80.
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which is located on the burner side,
this valve being hinged so as to open under the effect of air pressure exerted in! the duct 80. When the fan
14 is stopped, the valve 90 either closes by its own weight or its closure can be determined more definitely by means of a spring 92.
According to another feature of the present invention, a device has been provided for passing a small amount of air through the upper end of the housing, in order to prevent excessive heating of the control members 93, which are normally fitted in this part of the housing.
This part of the housing is isolated by means of the cloion 76, which extends transversely to the housing above the heat exchanger. This exhaust duct 88 extends upwards through the partition 76 and it provides communication with a chimney (not shown) by means of a vacuum cleaner constituted by an exhaust duct 94 , the diameter of which is greater than that of the exhaust duct 'and a part of which is disposed around the end of the latter, as shown.
When the combustion gases pass through the vacuum cleaner, passing from the duct @@ to the duct 94, a current of air, coming from the space existing around the burner housing, enters the duct 94, which results in effect of sucking in air through a louver 95 arranged in the upper part of the housing.
One of the difficulties which is frequently encountered with multiple pass heat exchangers of compact structure, such as in the apparatus described herein, is in the cleaning of the combustion gas passages. In the apparatus according to the present invention, parts of the heat exchanger can be easily accessed in
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which pass the combustion gases, with a view to cleaning them, as will now be described.
A cleansing opening 41 is made in cylinder 38 located in the vicinity of cylinder 40 furthest from the axis of the apparatus; this opening extends from the lower end of cylinder 38 to the vicinity of the upper part of cylinder 38. The opening 41 is accessed by a compartment 43 delimited by walls 44, which extend from opening 41 and pass through a similar opening provided in the same alignment, which is made in outer cylinder 40. Compartment 43 is closed by a removable panel 45 held in place by screws 46 or the like.
To clean the passage of combustion gases between the three: sixth cylinder 36 and the cylinder 38 disposed in the immediate vicinity of the cylinder. further from the axis of the apparatus, one can easily introduce a flexible metal hand brush (not shown), after removing the access panel 45, to scrape and remove all the soot accumulated on the cylinders 36 and 38. The soot falls on the end wall 64, from where pn can easily remove it through the opening 43.
For the cleaning of the inner cylinder 32 and for the maintenance of the burner 10, the upper panel 28 and the panel 56 of the casing can be removed, which reveals the burner, which can then be removed to access the inner surface of the cylinder. 32. Operating as just described, the soot removed by brushing the inner surface of cylinder 32 falls onto end plate 64 and can be removed through opening 43.
In accordance with another feature of the present invention, an access panel 45 is mounted on
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expansion panel 81 to relieve the excess pressure caused by a delay in ignition or the like, which protects the heat exchanger from deterioration. The mounting of panel 81 allows it to move along guide studs 82, and it is normally held in place by springs 83, so that panel 81 can be pushed outward so as to release. - dre the excess pressure, but that it immediately returns to its normal position for sealing the expansion opening.
CLAIMS.-
1.- Heating device using air, characterized in that it comprises: an elongated outer casing \ oriented upwards, a heat exchanger, in which are arranged five vertical cylinders of ..
,, different radii, which are mounted concentrically one inside the other so as to leave spaces between them, a fan arranged below the heat exchanger, a first and a second end wall closing off the respective lower ends of the cylinder furthest from the axis of the apparatus and of the cylinder immediately adjacent to it, the end wall of the cylinder furthest from the axis being pierced with an opening, a duct connecting the fan at the aforementioned opening, a third end wall connecting:
the respective upper ends of the cylinder furthest from the axis and of the cylinder which is immediately adjacent to the cylinder closest to the axis, this wall being pierced with an opening, a fourth end wall closing off the upper end of the cylinder closest to the axis, a fluid fuel burner mounted above an opening in the middle.
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located in the fourth end wall and projecting through this opening the fluid fuel into the cylinder closest to the axis, a housing surrounding the burner, a duct connecting the opening of the third end wall, to the shoemaker,
a fifth end wall connecting the respective upper ends of the central cylinder and the cylinder situated in the immediate vicinity of the cylinder furthest from the axis and a sixth end wall joining the respective lower ends of the third; cylinder (or median cylinder) and the cylinder closest to the axis of the device, these cylinders and these end walls delimiting a first path for the air intended to be heated as well as a second path which is distinct from the first path and which is intended to the combustion products emitted by the burner, part of the air, coming from the first path, passing through the opening of the duct mentioned first and entering the housing to supply the burner with combustion air.
2.- Apparatus according to claim 1, charac- terized in that the third end wall extends outwardly from the cylinder furthest from the axis and is in sealed contact with the walls of the housing, which forms therein a compartment arranged above the heat exchanger in which the burner and the burner box are placed.
3. - Apparatus according to either of claims 1 and 2, characterized in that an exhaust duct communicates the aforementioned compartment and the exterior of the casing, the aforementioned second path, which passes through the heat exchanger and which is intended for the combustion products, terminating in an exhaust duct extending into the exhaust duct, of which it
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is radially spaced, constituting a vacuum cleaner which extracts the gases out of the compartment by the effect of the gas flow which passes through the exhaust duct and the exhaust duct.
4. Apparatus according to either of claims 2 and 3, characterized in that the aforementioned compartment comprises a fresh air inlet disposed on the side of the casing which is opposite to the duct d. the above-mentioned escape.
5.- Apparatus according to either of the preceding claims, characterized in that the exhaust duct comprises a device such as a one-way valve, which closes the duct so as to prevent gas to pass from the burner housing to this duct and which can open under the action of a stream of compressed air coming from the aforementioned first path and entering the duct.
6. - Apparatus according to either of the preceding claims, characterized in that the cylinder furthest from the axis and the cylinder which is in its immediate vicinity comprising aligned openings which pass through a part. important of their lengths, walls delimit an access compartment allowing cleaning and extend into the openings just mentioned, a removable access panel is fixed to the walls just mentioned and it closes the compartment outside the cylinder furthest from the axis.
7. - Apparatus according to either of the preceding claims, characterized in that the access panel has an opening, a device for relieving excess pressure comprising a second panel covering the. '' opening the access panel, this
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second panel being held in the closed position by springs, which let the panel open, when
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that there are eessive pxessions produced in the space comprised between the median cylinder and the cylinder situated in the immediate vicinity of the cylinder furthest from the axis.
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. ppy;
re i.7. followed 1 "one or other of the dreams n-
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preceeding instructions, because, has been erected in that provision is made for a restriction of the second air path upstream of the
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burner: to maintain an operating pressure along this second path less than the pressure prevailing at adjacent points along the first recited air path,.
9.- Device according to one or the other of the. resale
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dici., ns precédn # es 'c a.r .c .. é' r i s: é, in that one r disuose a regislri, dang. 1e cb & <3.u.t 'precised.' abutting the burner chamber t. on '.P1? -t.' te x, ëger ,, de ,. ' , ma.'é ré- \ - 'f. '' 'reduce current; d: a.r 4IDené,' 'io'P1ur.
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