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La présente invention concerne les appareils de chauf- fage en général. Plus particulièrement, elle se rapporte à un ap- pareil de chauffage vertical du type à combustion forcée qui com- porte une rangée circulaire de tubes verticaux d'échange de cha- leur.
On a constaté qu'avec ce type d'appareils de chauffage' ou de fours de ce genre général, il se crée des courants descen- dants de produits de combustion dans n'importe quelle zone verti- cale du four. Ces courants descendants sont provoqués par un gra- dient de température qui prend naissance quand la chaleur est transférée des produits de combustion aux tubes d'échange de cha- leur. De tels courants descendants ont tendance à refroidir anor- malement la flamme du brûleur ou autre source de chaleur.
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De ce fait, la flamme s'étouffe partiellement en raison de l'in- troduction de courants de gaz relativement froids qui sont envoyés contre la flamme, du fait de la remise en circulation précitée.
Un des procédés mis en oeuvre jusqu'ici pour pallier cet inconvé- nient a consisté à chauffer un four vertical par sa partie supé- rieure (flamme descendante) et à soutirer les gaz de combustion par sa partie inférieure. On évite ainsi l'effet d'étouffement des gaz remis en circulation, mais ce procédé n'est pas aussi efficace qu'il le pourrait, du fait que les produits de combustion ne peu- vent passer qu'une seule fois par les tubes d'échange de chaleur.
De ce fait, une fraction importante de la chaleur potentielle n'est pas transférée. En outre, le procédé de chauffage par la partie supérieure oblige à prévoir un système de conduits qui s'étend sur la totalité de la hauteur du four, afin de pouvoir utiliser un échange de chaleur préalable pour préchauffer l'air d'admission en- voyé aux brûleurs. Un tel système de conduits assez long, sans par- ler de la structure plus compliquée pour le montage d'un brûleur . à la partie supérieure du four, constitue une addition relative- ment coûteuse à la structure nécessaire.
En conséquence, la présente invention a pourobjet un appareil de chauffage perfectionné qui supprime les inconvénients et défauts précités des appareils de chauffage connus à ce jour.
Une caractéristique de l'invention réside dans la con- ception d'un four du type pour appareil de chauffage, qui comporte une chambre de combustion chauffée à l'une de ses extrémités et dont les gaz brûlés sont évacués par la même extrémité.
Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait qu'on a conçu un four vertical muni à sa partie inférieure d un brûleur du type sous pression, qui fait circuler les produits de combustion sur la totalité de la hauteur de la chambre de combus- tion et dont les gaz de combustion sont évacués par la partie in- férieurè de cette chambre.
Conformément à l'invention,l'appareil de chauffage
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vertical comporte : une chambre de combustion cylindrique dont 1 intérieur est complètement dégagé et qui est munie de tubes de chauffage disposés au voisinage de la surface intérieure de sa pa roi ; un ou plusieurs brûleurs verticaux qui sont montés dans la partie inférieure de cette chambre au voisinage de son centre ; uneouverture annulaire ménagée dan.s ladite partie inférieure près de la paroi de la chambre ; structure obturant entièrement la par- tie supérieure de la chambre; un dispositif pour refouler vers le haut les gaz de combustion chauds à partir des brûleurs au voisi- nage de l'axe de la chambre;
enfin, un dispositif destiné à extrai- re par aspiration les gaz de combustion relativement froids à par- tir du fond du.four en les faisant passer par ladite ouverture an- nulaire, grâce à quoi les tubes précités sont directement soumis à la chaleur de radiation des gaz de combustion chauds se dépla- çant vers le haut 'au voisinage dudit axe et sont également soumis à la chaleur de convection des gaz de combustion relativement froids qui circulent vers le bas près de la paroi susvisée.
Afin de-faire comprendre l'invention on va maintenant la, décrire en se référant au dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une vue en élévation illustrant le four principal en coupe transversale longitudinale; la figure 2 est à plus grande échelle une coupe trans- versale du four, faite par 2-2 de la figure 1 dans le sens des flèches ; la figure 3 est une vue en élévation d'un autre mode de réalisation de l'invention et elle illustre le four principale- ment en coupe transversale longitudinale ; la. figure 4 est à. plus grande échelle une coupe trans- versale, faite par 4-4 de la figure 3 dans le sens des flèches du mode de réalisation illustré sur la figure 3;
la figure 5 est une vue fragmentaire en élévation illus-. trant le four principalement en coupe transversale longitudinale et représentant une autre variante de l'invention utilisant les mê- mes moyens généraux. que celle de la figure 3, mais dans laquel-
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le on a prévu un élément,de préchauffage en plus d'un ventilateur pour contribuer à aspirer les gaz de combustion hors du four.
On va se référer aux figures 1 et 2. Une cheminée 11 raccordée au four sert à évacuer les gaz de combustion à l'atmos phère. Le four comprend une'structure verticale dont l'extrémité supérieure est fermée et qui comporte une enveloppe cylindrique extérieure 12 faite en acier ou autre matériau de construction.
Cette enveloppe est supportée par plusieurs profilés verticaux 13 de section en I qui forment l'ossature du four. On a prévu au moins une traverse de support 14 qui repose sur les profilés op- posés 13. Cette traverse constitue un support supérieur pour-di- vers éléments du four qui peuvent être bloqués ou boulonnés à son bord inférieur. Les profilés 13 s'étendent vers le bas et servent., de même que des montants 15, à maintenir le four au-dessus du ni- veau du sol.
L'enveloppe 12 du four peut être fixée aux profilés 13 de section en I, de toute manière appropriée (non représentée), par exemple par des éléments de.blocage ou des boulons. Une structure 18, à extrémité supérieure fermée, est fixée à demeure au garnis- sage interne de l'enveloppe 12, et elle entoure un déflecteur 19 en forme de cône inversé qui est disposé à sa partie centrale. Ce dé- flecteur est, de préférence, supporté à partir de la traverse 14 par un prolongement cylindrique vertical 20. Sa surface ne présen- te pas de solution de continuité, de sorte que les gaz de com- bustion ne trouvent pas d'issue à la partie supérieure du four.
Sur la périphérie de la structure supérieure 18 est prévu un support pour les extrémités supérieures d'une rangée cir- culaire de tubes verticaux 21 d'échange de chaleur. On n'a pas illustré en détail la structure de ce support, du fait au'elle est d'un type usuel. La chambre,de combustion est délimitée par une paroi latérale cylindrique 22 faite d'une matière réfractaire. On forme cette paroi latérale 22 sur la face interne de l'enveloppe 1 de la manière habituelle pour constituer un garnissage réfractai- re sur la fce interne de la chambre de combustion.
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A la partie inférieure de la chambre de combustion se trouve une structure de sole 25 supportée dans une structure péri- phérique annulaire 26 qui supporte les tubes et qui est fixée à 1 enveloppe extérieure 12 du four de toute manière appropriée (non représentée). Dans la partie centrale de la sole 25 sont disposés quatre brûleurs 27 qui sont orientés axialement vers le haut dans la chambre de combustion.
La structure de ces brûleurs est classique et l'on n'a pas illustré ses détails..On peut remarquer qu'ils sont construits de manière à constituer des brûleurs à vitesse de débit élevée ou brûleurs à injection, ce qui fait que les produits de combustion sont refoulés de manière que la circulation des gaz chauds s'éten- de sur la totalité de la hauteur de la chambre de combustion.
Sous la sole 25 du four est fixé un carter fermé 28 qui entoure et enferme la face latérale des brûleurs 27 au-dessous de la sole. Un conduit d'admission d'air 29 s'étend radialement à partir du carter 28. Ce conduit est directement raccordé au côté- refoulement d'un ventilateur 30 de tirage forcé. Dans ce raccorde- ment par le conduit 29 est monté un ensemble 31 d'échange de cha- leur destiné à un préchauffage. Grâce à cet agencement, l'air d'ad- mission destiné à l'alimentation des brûleurs 27 est envoyé sous pression afin de créer l'action requise de vitesse élevée nécessai- re. Une canalisation d'amenée de carburant 34 est raccordée à chaque brûleur 27, à sa partie inférieure. Ces canalisations sont raccor- dées à une source d'alimentation en carburant (non représentée) de toute manière appropriée.
On a prévu une ouverture annulaire 35 pour la sortie des gaz de combustion à la périphérie de la chambre de combustion près du niveau de la sole. Cette ouverture 35 est délimitée par le re- bord annulaire 37 d'une couronne 36 en matière réfractaire. Cette couronne est orientée vers le haut à partir de la sole 25, et le re, bord horizontal 37, vu en section transversale, s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la couronne verticale 36 en direc- tion des tubes 21 près de leur partie inférieure;, mais elle
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laisse autour de ces derniers un espace annulaire appropuné pour le passage des gaz de combustion. De ce fait, la couronne 36 et le rebord 37 forment ensemble un collecteur annulaire 38 à la par- tie inférieure de la périphérie de la chambre de combustion.
Au collecteur 38 est raccordé un conduit 39 de sortie des gaz de com- bustion, par lequel les gaz sortent de la chambre de combustion e traversant l'échangeur de chaleur 31 et parviennent dans la che- minée 11 en vue de leur évacuation à l'atmosphère.
On peut voir sur la figure 2 qu'on utilise quatre brû- leurs 27. Toutefois, tout technicien comprendra qu'on pourrait utiliser un seul brûleur de dimensions appropriées au lieu .des quatre brûleurs plus petits illustrés.
Le mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4 est tout à fait similaire à celui qui est illustré sur les figures 1 et 2. La différence principale de ce mode de réalisation par rapport à celui des figures 1 et 2, réside dans l'utilisation . de tubes d'échange de chaleur 47 différents. Ces derniers compor- tent une partie supérieure lisse 47a et une partie inférieure munie de surfaces en saillie 47b Les éléments du four qui n'ont pas été modifiés par rapport aux éléments correspondants illustrés sur les figures 1 et 2 portent les mêmes références, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'en poursuivre la description ici.
Le mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4 comporte une paroi cylindrique intérieure relativement haute 48, qui est en matière réfractaire et s'étend verticalement vers le haut à partir de la sole 25. Cette paroi intérieure s'étend vers le haut sensiblement jusqu'au niveau de la portion la plus basse de la partie lisse 47a des tubes d'échange de chaleur.
De ce fait, les surfaces en saillie 47b des tubes 47 comblent une fraction considérable de l'espace radial compris entre la paroi 48 et la pa- roi latérale réfractaire 22 de la chambre de combustion. bas. surfaces en saillie 47b des tubes 47 s'arrêtent un peu au-dessus de la structure annulaire 26 supportant les tubes; de sorte qu'en réalité un espace 49 constituant un collecteur
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est formé à un endroit similaire à celui du collecteur 38 du mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2.
Grâce à la structure de four représentée sur les figu- res 3 et 4, le transfert de chaleur à la rangée circulaire de 'tu- bes 47 se fait sous forme d'un échange de chaleur par radiation auquel s'ajoutent certains effets de chaleur par convection sur la partie supérieure lisse 47a des tubes. Il se produit donc un échange de chaleur seulement par convection à la partie inférieure
47b des tubes 47, c'est-à-dire dans l'espace annulaire de sortie des gaz de combustion qui s'étend radialement entre la structure ou paroi annulaire 48 et la paroi latérale 22 de la chambre de combustion.
Cet échange de chaleur est favorisé par l'utilisation des surfaces en saillie ou ailettes 47b
Les gaz de combustion sont évacués (comme les gaz du premier mode de réalisation) par l'intermédiaire du conduit de sortie 39 des gaz de combustion. On remarquera que, dans cette variante, on n'a pas prévu d'ensemble échangeur de chaleur destiné à un échange de chaleur en vue du chauffage préalable. Dans cer- tains cas., on peut supprimer l'ensemble d'échange de chaleur des-. tiné au chauffage préalable.
La figure 5 représente une autre variante de l'inven- tion. On remarquera que la structure du four est la même que cel- le du mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4. En con- séquence, les mêmes références s'appliquent aux éléments simi- laires et il n'est pas nécessaire d'en donner une autre explication
Le mode de réalisation illustré sur la figure 5 com porte un élément supplémentaire constitué par un ventilateur de tirage forcé 51. On voit que celui-ci est monté sur la partie su- périeure du ventilateur d'admission 30 pour des raisons de commo dité. On remarquera que le ventilateur 51 est raccordé au conduit d'échappement 39 et qu'il contribue à évacuer les gaz de combus- tion du four par le conduit 39.
En utilisant le ventilateur sup- plémentaire 51 et le ventilateur d'admission de tirage forcé
30, on peut contrôler plus étroitement les conditions de
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chauffe du four pendant son fonctionnement, que si l'on n'utili- sait que le ventilateur de tirage forcé 30 disposé sur le côté de l'admission d'air. On peut ainsi régler ou contrôler séparément la valeur de la dépression sur le côté échappement du four. En même temps, la valeur de la pression d'admisson est réglée par le venti lateur 30.
Il doit être entendu que, bien qu'on n'ait représenté que trois modes de réalisation différents de l'invention, les tech- niciens comprendront qu'il peuvent concevoir aisément divers autres agencements. En outre, on peut combiner de diverses manières dif- férentes les éléments de-ces modes de réalisation sans sortir'du cadre de l'invention. Par exemple, on pourrait ajouter au four il- lustré sur les figures 1 et 2 un ventilateur monté dans le conduit d'échappement, ou bien on pourrait ne pas y utiliser d'échangeur de chaleur en vue du chauffage préalable. De manière similaire., le four illustré sur les figures 3 et 4 pourrait comporter un échan- geur de chaleur en vue du chauffage préalable mais ne pas compor- ter de ventilateur aspirant de tirage forcé, tel que le ventilateur 51.
FONCTIONNEMENT
On va d'abord se référer particulièrement à la figure 1 et décrire le fonctionnement d'un four conforme à la présente in- vention en soulignant les avantages qu'on peut en attendre. Le four. est chauffé par les quatre brûleurs verticaux à injection 27 qui émettent une flamme dirigée axialement vers le haut au voisinage de l'axe de la chambre de combustion. L'air d'admission destiné aux brûleurs est débité sous pression par le ventilateur 30 et il est envoyé par le conduit 29 en passant par l'ensemble d'échangeur de chaleur 31 assurant le chauffage préalable. Ensuite, après le mélange et la combustion de l'air d'admission et du carburant, les produits de combustion sont projetés vers le haut en suivant des trajets représentés d'une manière générale par les flèches en traits interrompus.
Etant donné que la partie supérieure de la
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chambre de combustion est entièrement close, les gaz chauds ne peu- vent pas s'échapper, mais ils sont ramenés vers le bas le long de la paroi latérale de la chambre de combustion au voisinage des tu- bes 21. Il se produirait partiellement un tel courant inverse ou une telle remise en circulation, même si les gaz de combustion devaient être évacués à la partie supérieure du four. Toutefois, dans un four conforme à la présente invention, ces gaz et ces pro- duits de combustion chauds, qui sont remis en circulation lorsque la chaleur est éliminée (de la manière indiquée), sont évacués à la partie inférieure de la chambre de combustion en passant par l'ouverture annulaire d'échappement 35 qui entoure la base des tu- bes 21.
Ces gaz de combustion sont alors évacués par le conduit 39 et passent, par l'ensemble échangeur de chaleur 31 de l'air d'ad- mission dans la cheminée 11 qui les évacue à l'atmosphère.
On souligne que le déflecteur 19 n'est pas absolument nécessaire. Toutefois, il sert à deux fins pendant l'utilisation- Premièrement l'inversion du sens de déplacement des produits de combustion est facilitée et les' tourbillons ou autres phénomènes qui pourraient perturber un écoule::lent régulier sont réduits au minimum. Deuxièmement, les produits de combustion échauffent le déflecteur 19 en le rencontrant, ce qui fait qu'il se comporte comme une.source de chaleur secondaire et qu'il renvoie par radia- tion la chaleur vers la partie lisse des tubes d'échange de cha- leur primaire, par exemple'les tubes 21 ou 47.
On doit particulièrement remarquer que, du fait que les gaz de combustion sont évacués à la partie inférieure du four, ils ne peuvent pas revenir en arrière dans le courant des gaz pro- jetés par les brûleurs. Pour cette raison, les flammes des brûleurs' ne sont pas soumises à une action d'étouffement nuisible. En ou- tre, on remarquera que le conduit 39 d'échappement des gaz de com bustion est disposé radialement très près du conduit.d'admission d'air 29, de sorte qu'il suffit d'un minimum de tuyauterie pour utiliser un échange de chaleur en vue du préchauffage entre les gaz de combustion et l'air d'admission.
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Il y a lieu de noter que la même action générale d'écou- lement des produits de combustion a lieu dans le mode de réalisa- tion conforme aux figures 3 et 4. La seule différence réside dans le fait que l'évacuation des gaz de combustion commence un peu plus haut au-dessus de la sole du four et sur une hauteur comprenant la longueur des surfaces en saillie 47b. En outre, un échange supplé- mentaire.de chaleur primaire se produit, entre les tubes d'échange de chaleur 47 et les produits de combustion, uniquement par con- vection.
On doit remarquer qu'on peut donner différentes formes à l'ouverture 35 de sortie des gaz de combustion sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, on pourrait prévoir des ouver- tures individuelles entourant respectivement les tubes d'échange de chaleur 21.
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The present invention relates to heating apparatus in general. More particularly, it relates to a vertical heating apparatus of the forced combustion type which comprises a circular row of vertical heat exchange tubes.
It has been found that with this type of heaters or furnaces of this general kind, downdrafts of combustion products are created in any vertical zone of the furnace. These downdrafts are caused by a temperature gradient that arises as heat is transferred from the combustion products to the heat exchange tubes. Such downdrafts tend to cool the burner flame or other heat source abnormally.
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As a result, the flame is partially choked due to the introduction of relatively cold gas streams which are sent against the flame due to the aforementioned recirculation.
One of the methods implemented hitherto to overcome this drawback has consisted in heating a vertical furnace from its upper part (descending flame) and in withdrawing the combustion gases from its lower part. This avoids the smothering effect of the recirculated gases, but this process is not as efficient as it could be, since the combustion products can only pass through the tubes once. heat exchange.
As a result, a large fraction of the potential heat is not transferred. In addition, the top heating process requires a duct system which extends over the entire height of the furnace, so that a prior heat exchange can be used to preheat the intake air. seen at the burners. Such a fairly long duct system, not to mention the more complicated structure for mounting a burner. at the top of the furnace is a relatively expensive addition to the required structure.
Consequently, the present invention relates to an improved heating apparatus which eliminates the aforementioned drawbacks and shortcomings of the heating apparatus known to date.
A characteristic of the invention resides in the design of a furnace of the type for a heating apparatus, which comprises a combustion chamber heated at one of its ends and from which the burnt gases are discharged by the same end.
Another characteristic of the invention lies in the fact that a vertical furnace has been designed provided at its lower part with a burner of the pressurized type, which circulates the combustion products over the entire height of the combustion chamber. - tion and the combustion gases of which are evacuated through the lower part of this chamber.
According to the invention, the heater
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vertical comprises: a cylindrical combustion chamber, the interior of which is completely clear and which is provided with heating tubes arranged in the vicinity of the interior surface of its pa king; one or more vertical burners which are mounted in the lower part of this chamber in the vicinity of its center; an annular opening formed dan.s said lower part near the wall of the chamber; structure completely closing off the upper part of the chamber; a device for discharging hot combustion gases upwards from the burners in the vicinity of the axis of the chamber;
finally, a device for extracting by suction the relatively cold combustion gases from the bottom of the furnace by passing them through said annular opening, whereby the aforementioned tubes are directly subjected to the heat of the furnace. radiation of the hot combustion gases moving upwardly in the vicinity of said axis and are also subjected to the convection heat of the relatively cold combustion gases which flow downward near the aforementioned wall.
In order to make the invention understood, it will now be described with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is an elevational view illustrating the main oven in longitudinal cross section; Figure 2 is on a larger scale a cross section of the oven, taken at 2-2 of Figure 1 in the direction of the arrows; Figure 3 is an elevational view of another embodiment of the invention and illustrates the furnace primarily in longitudinal cross section; the. figure 4 is at. on a larger scale a cross section, taken at 4-4 of figure 3 in the direction of the arrows of the embodiment illustrated in figure 3;
Figure 5 is a fragmentary elevational view shown. trating the furnace mainly in longitudinal cross section and showing another variant of the invention using the same general means. than that of figure 3, but in which
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The preheating element is provided in addition to a fan to help suck the combustion gases out of the furnace.
Reference will be made to FIGS. 1 and 2. A chimney 11 connected to the furnace serves to evacuate the combustion gases to the atmosphere. The furnace comprises a vertical structure with the upper end closed and which has an outer cylindrical shell 12 made of steel or other building material.
This envelope is supported by several vertical profiles 13 of I-section which form the framework of the furnace. At least one support cross member 14 is provided which rests on the opposing profiles 13. This cross member constitutes an upper support for various elements of the oven which can be blocked or bolted to its lower edge. The profiles 13 extend downwards and serve, together with the uprights 15, to hold the oven above the floor level.
The furnace casing 12 can be fixed to the I-section profiles 13 in any suitable manner (not shown), for example by de.blocage elements or bolts. A structure 18, with a closed upper end, is permanently attached to the internal lining of the casing 12, and it surrounds a deflector 19 in the form of an inverted cone which is disposed at its central part. This deflector is preferably supported from the cross member 14 by a vertical cylindrical extension 20. Its surface does not present a solution of continuity, so that the combustion gases do not find an outlet. at the top of the oven.
On the periphery of the upper structure 18 is provided a support for the upper ends of a circular row of vertical heat exchange tubes 21. The structure of this support has not been illustrated in detail, because it is of a usual type. The combustion chamber is delimited by a cylindrical side wall 22 made of a refractory material. This side wall 22 is formed on the internal face of the casing 1 in the usual way to constitute a refractory lining on the internal face of the combustion chamber.
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At the bottom of the combustion chamber is a hearth structure 25 supported in an annular peripheral structure 26 which supports the tubes and which is secured to the outer shell 12 of the furnace in any suitable manner (not shown). In the central part of the hearth 25 are arranged four burners 27 which are oriented axially upwards in the combustion chamber.
The structure of these burners is conventional and its details have not been illustrated. It can be seen that they are constructed so as to constitute high flow rate burners or injection burners, which means that the products combustion chamber are discharged so that the circulation of hot gases extends over the entire height of the combustion chamber.
Under the hearth 25 of the furnace is fixed a closed casing 28 which surrounds and encloses the side face of the burners 27 below the hearth. An air intake duct 29 extends radially from housing 28. This duct is directly connected to the discharge side of a forced draft fan 30. In this connection via duct 29 is mounted a heat exchange assembly 31 intended for preheating. By virtue of this arrangement, the intake air for supplying the burners 27 is pressurized to create the required high speed action required. A fuel supply line 34 is connected to each burner 27, at its lower part. These lines are connected to a fuel supply source (not shown) in any suitable manner.
An annular opening 35 is provided for the outlet of the combustion gases at the periphery of the combustion chamber near the level of the hearth. This opening 35 is delimited by the annular rim 37 of a crown 36 made of refractory material. This ring is oriented upwards from the sole 25, and the re, horizontal edge 37, seen in cross section, extends radially outward from the vertical ring 36 in the direction of the tubes 21 near. of their lower part ;, but it
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leaves around the latter an annular space suitable for the passage of combustion gases. Therefore, the crown 36 and the rim 37 together form an annular manifold 38 at the lower part of the periphery of the combustion chamber.
To the manifold 38 is connected a duct 39 for the combustion gas outlet, through which the gases leave the combustion chamber e passing through the heat exchanger 31 and arrive in the chimney 11 for their evacuation. 'atmosphere.
It can be seen from Figure 2 that four burners 27 are used. However, any technician will appreciate that one could use a single burner of suitable dimensions instead of the four smaller burners illustrated.
The embodiment shown in Figures 3 and 4 is quite similar to that shown in Figures 1 and 2. The main difference of this embodiment compared to that of Figures 1 and 2, lies in the use . of heat exchange tubes 47 different. The latter comprise a smooth upper part 47a and a lower part provided with projecting surfaces 47b The elements of the oven which have not been modified with respect to the corresponding elements illustrated in Figures 1 and 2 bear the same references, so that it is not necessary to continue the description here.
The embodiment illustrated in Figures 3 and 4 comprises a relatively high inner cylindrical wall 48, which is made of refractory material and extends vertically upward from the hearth 25. This inner wall extends substantially upwardly. up to the level of the lowest portion of the smooth part 47a of the heat exchange tubes.
Therefore, the protruding surfaces 47b of the tubes 47 fill a considerable fraction of the radial space between the wall 48 and the refractory side wall 22 of the combustion chamber. low. protruding surfaces 47b of the tubes 47 stop a little above the annular structure 26 supporting the tubes; so that in reality a space 49 constituting a collector
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is formed at a location similar to that of the manifold 38 of the embodiment illustrated in Figures 1 and 2.
By virtue of the furnace structure shown in Figures 3 and 4, the transfer of heat to the circular row of tubes 47 takes place in the form of radiation heat exchange to which certain heat effects are added. by convection on the smooth upper part 47a of the tubes. There is therefore a heat exchange only by convection at the bottom
47b of the tubes 47, that is to say in the annular combustion gas outlet space which extends radially between the annular structure or wall 48 and the side wall 22 of the combustion chamber.
This heat exchange is promoted by the use of the projecting surfaces or fins 47b
The combustion gases are discharged (like the gases of the first embodiment) via the outlet duct 39 for the combustion gases. It will be noted that, in this variant, there is no provision for a heat exchanger assembly intended for heat exchange with a view to prior heating. In some cases, the des- heat exchange assembly can be omitted. preheated.
Figure 5 shows another variant of the invention. It will be appreciated that the structure of the furnace is the same as that of the embodiment illustrated in Figures 3 and 4. Accordingly, the same references apply to similar elements and it is not necessary to 'give another explanation
The embodiment illustrated in FIG. 5 comprises an additional element constituted by a forced draft fan 51. This is seen to be mounted on the upper part of the intake fan 30 for reasons of convenience. It will be noted that the fan 51 is connected to the exhaust duct 39 and that it contributes to evacuating the combustion gases from the furnace via the duct 39.
Using the additional fan 51 and the forced draft intake fan
30, the conditions of
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The oven heats up during operation only if only the forced draft fan 30 provided on the side of the air inlet is used. It is thus possible to adjust or control separately the value of the vacuum on the exhaust side of the furnace. At the same time, the value of the inlet pressure is regulated by the fan 30.
It should be understood that while only three different embodiments of the invention have been shown, those skilled in the art will appreciate that a variety of other arrangements can readily be designed. Furthermore, the elements of these embodiments can be combined in various different ways without departing from the scope of the invention. For example, a fan mounted in the exhaust duct could be added to the furnace illustrated in FIGS. 1 and 2, or else a heat exchanger could not be used there for the preliminary heating. Similarly, the oven illustrated in Figures 3 and 4 could include a heat exchanger for preheating but not include a forced draft suction fan, such as fan 51.
OPERATION
We will first refer particularly to Figure 1 and describe the operation of a furnace according to the present invention by emphasizing the advantages that can be expected. The oven. is heated by the four vertical injection burners 27 which emit a flame directed axially upwards in the vicinity of the axis of the combustion chamber. The intake air intended for the burners is supplied under pressure by the fan 30 and it is sent through the duct 29 passing through the heat exchanger assembly 31 providing the preheating. Then, after mixing and combustion of the intake air and fuel, the combustion products are projected upward along paths generally shown by the dashed arrows.
Since the upper part of the
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combustion chamber is completely closed, the hot gases cannot escape, but they are returned downwards along the side wall of the combustion chamber in the vicinity of the tubes 21. There would partially be a such reverse flow or recirculation, even if the combustion gases had to be exhausted at the top of the furnace. However, in a furnace according to the present invention, these hot gases and combustion products, which are recirculated when the heat is removed (as shown), are discharged to the lower part of the combustion chamber. passing through the annular exhaust opening 35 which surrounds the base of the tubes 21.
These combustion gases are then discharged through line 39 and pass through the heat exchanger assembly 31 of the intake air into the chimney 11 which discharges them to the atmosphere.
It is emphasized that the deflector 19 is not absolutely necessary. However, it serves two purposes during use. Firstly, the reversal of the direction of movement of the combustion products is facilitated and vortices or other phenomena which could disturb a smooth smooth flow are minimized. Second, the combustion products heat the baffle 19 on meeting it, causing it to behave as a secondary heat source and radiate the heat back to the smooth portion of the heat exchange tubes. primary heat, for example tubes 21 or 47.
It should be particularly noted that, because the combustion gases are discharged from the lower part of the furnace, they cannot go back into the flow of gases projected by the burners. For this reason, the flames of the burners are not subjected to a deleterious smothering action. In addition, it will be noted that the combustion gas exhaust duct 39 is disposed radially very close to the air intake duct 29, so that a minimum of piping is sufficient to use an air intake duct. heat exchange for preheating between the combustion gases and the intake air.
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It should be noted that the same general action of flowing the combustion products takes place in the embodiment according to Figures 3 and 4. The only difference lies in the fact that the evacuation of the combustion gases. combustion begins a little higher above the hearth of the furnace and at a height comprising the length of the projecting surfaces 47b. Further, further exchange of primary heat occurs between the heat exchange tubes 47 and the combustion products only by convection.
It should be noted that the combustion gas outlet opening 35 can be given different shapes without departing from the scope of the invention. For example, one could provide individual openings respectively surrounding the heat exchange tubes 21.
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