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La présente,inventioà se rapporte d'une façon générale à un système de chauffage degrande capacité utili- sable dans les établissements.industriels, et vise plus spé- cialement la chambre de combustion et l'échangeur de chaleur d'un tel système de chauffage en combinaison avec un système de circulation forcée d'air,':chauffe par son passage sur cet échangeur.
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Des systèmes de chauffage industriel du type décrit ci-après sont utilisés pour chauffer de grands locaux d'usines et des bâtiments industriels, dans les conditions défavorables qui existent dans ces. bâtiments. De tels systè- mes de chauffage peuvent être utilisés avec des canalisations transportant l'air chaud, mais on les utilise en général sans aucun système de canalisation. ,!
Le calorifère selon l'invention est destiné à constituer un ensemble complot.'et*indépendant que l'on amène tout monté dans le local à chauffer,, où il est installé tel quel. Ce calorifère peut être soit installé à même le sol du bâtiment, soit suspendu, et il peut être également monté la tête en bas ou en position horizontale selon les besoins.
La capacité de tels calorifères est considérable, et peut aller de quelques dizaines de mule à environ 500.000 Kcal/h.
La chaleur peut être fournie soit d'une .façon continue pendant de longues périodes, soit de ,façon intermittente, et la capa- cité totale doit être atteinte au bout d'une période relative- ment courte.
Etant donné le grand débit d'air fourni par le calorifère par unité de temps et étant donné qu'il est dési- rable de.donner au calorifère la taille la plus faible qu'il soit possible d'obtenir d'une façon économique pour une certaine-capacité, il se pose'des problèmes spéciaux tant du point de vue de l'extraction de la chaleur de la chambre de combustion et des échangeura de chaleur qu'en vue également de ménager à travers le calorifère des passages d'une section suffisante eu égard au volume d'air traité ; les solutions
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de ces problèmes sont fournies par les détails constructifs ainsi que par la disposition de la chambre de combustion et de l'échangeur de chaleur dans le calorifère par rapport aux parois d'habillage qui définissent l'enceinte dans laquelle sont disposés ces différents organes.
L'un des objets de la présente invention est une chambre de combustion de construction et de forme convena- bles, assurant pour la transmission de chaleur des surfaces présentant une température uniforme à travers toute la section de la chambre et facilitant le réchauffement de l'air passant dans cette chambre par conduction et par radiation.
Un autre objet de l'invention est un nouveau type d'échangeur de chaleur disposé d'une façon nouvelle par rapport à la chambre de combustion pour faciliter le transfert rapide de la chaleur depuis cette chambre grâce au volume d'air considérable qui y circule.
Un autre objet de l'invention est un type nouveau du système d'habillage délimitant les passages que l'air emprunte à travers le calorifère ainsi qu'une nouvelle position relative desdits passages par rapport à la chambre de combustion, les échangeurs de chaleur, les systèmes de sortie d'air et les systèmes de guidage de l'air à la sortie.
. On comprendra mieux les différents objets de l'invention à la lecture de la description ci-après et en se référant aux dessins annexés sur lesquels
La figure 1 est une perspective cavalière du ca- lorifère avec certaines parties représentées en arraché pour montrer certains détails de la construction.
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La figure 2 est une vue de la charpente suppor- tant la chambre de combustion et l'échangeur de chaleur.
La figure 3 est une coupe du calorifère par III-III de la figure 4, et montre la position relative de la chambre de combustion et des échangeurs de chaleur.
La figure 4 est une coupe verticale axiale du calorifère de la figure 1.
La figure 5 est une coupe du calorifère par V-V de la figure 4.
La figure 6 est un plan de l'échangeur de chaleur indiquant la circulation des gaz de combustion.
La figure 7 est une coupe à travers une portion de la paroi de la chambre de combustion indiquant les ondulations de cette chambre.
En se référant maintenant à l'ensemble du calo- rifère tel qu'il est représenté figures 1 et 4, on voit qu'il comporte une soufflerie 1, un système de chauffage 2, une sortie d'air 3 et un système d'évacuation des gaz de combustion, 4. Le calorifère est destiné à être utilisé dans la position verticale représentée figure 1. Toutefois, il peut fonctionner aussi bien s'il est placé horizontalement, et il peut également être suspendu en position inversée pour répondre à des conditions d'emploi variées. Etant donné que le calorifère peut être prévu pour différentes capacités, la taille relative des différents sous-ensembles peut varier, mais la disposition des différents sous-ensembles 1 à 4 restera la même.
Les détails précis relatifs à la char- pente et à l'habillage du système de chauffage dépendent de considérations constructives,sauf en ce qui concerne leurs
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éléments fonctionnels, et les détails concernant l'habillage des différents sous-ensembles sont donnés uniquement pour faciliter la description.
Soufflerie
La soufflerie 1 est placée par rapport aux sys- tèmes de chauffage 2 et de sortiè"d'air 3 de telle sorte que l'air,est soufflé directement vers le haut, vers la cham- bre de combustion, à travers le système de chauffage 2 et la sortie d'air 3. Cette position relative est maintenue même si le calorifère est placé horizontalement ou en position inversée. La soufflerie est représentée équipée de deux ventilateurs, mais le nombre de ventilateurs peut être quelconque suivant la capacité prévue pour le calorifère.
La soufflerie 1 comprend un châssis comportant des longerons 5 et 6 reliés par des traverses 7 et 8, des longerons supérieurs 9 et 10 reliés par des traverses supé- rieures 11 et 12, les longerons inférieurs et supérieurs étant reliés par des montants 13. Le châssis est revêtu par des panneaux à ses extrémités et sur ses faces latérales, et les panneaux latéraux sont réalisés de préférence par des grillages en métal déployé 14 permettant l'entrée de l'air.
Les panneaux extrèmes peuvent être constitués par des tôles pleines telles que 15. Sur l'un de/leurs bords, les panneaux 15 peuvent être montés sur charnières ou fixés par un dis- positif démontable pour permettre d'accéder à l'intérieur de la section 1. Les longerons 5 et 6 peuvent reposer direc- tement sur le sol ou sur un autre support, et ils sont re- ¯présentés montés sur des pièces de bois 16 qui facilitent
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la manutention de l'ensemble.
La face supérieure de la section 1 est fermée par une plaque 17 de construction appropriée dans laquelle sont ménagées des ouvertures 18 de forme convenable à travers lesquelles les ventilateurs 19 refoulent l'air à chauffer. Comme le montrent les différentes figures, ces ventilateurs 19 ont leurs rotors de préférence montés sur un arbre 20 unique entraîné par poulie et courroie 21 depuis un moteur 22. Les ventilateurs, les arbres et le moteur sont fixés sur des supports appropriés comme représenté.
Système de chauffage de l'air
On comprendra plus facilement la description du système de chauffage 2 en se reportant aux figures 1 à 5.
Le châssis principal de l'ensemble 2, dans lequel sont montés la chambre de combustion et l'échangeur de chaleur, comprend des longerons supérieurs et inférieurs 23 et 24 placés à une certaine distance les uns des autres et reliés par des tra- verses 25,26 et par des montants 27. Ce châssis est porté ¯par l'ensemble 1 comme le montre la figure 2, et lui est fixé d'une façon appropriée. Le châssis est fermé latéralement et en bout par des panneaux pleins 28 et 29 fixés d'une façon appropriée comme le montrent les figures 3 et 5. Chacun de ces panneaux 28 et 29 comporte sur sa face intérieure un pan- neau isolant 30 constitué de préférence par de la fibre de verre, mais pouvant être constitué également par n'importe quel autre isolant approprié.
A l'intérieur de l'ensemble 2 est montée la chambre de combustion 31, qui est placée à une certaine distance des
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parois latérales et des extrémités 28 et 29.
Cette chambre 31 comporte un fond de forme semi-circulaire 32, des parois latérales convergentes 33 s'étendant au-dessus de la partie semi-circulaire, et des parois extrêmes 34 et 35 reliées à la paroi inférieure et aux parois latérales pour former une chambre entièrement fermée. La chambre de combus- tion 31 est supportée d'une façon appropriée et maintenu à une certaine distance de la paroi 17. Comme on le voit figures 3 et 5, un type préféré de parois extrêmes pour la chambre de combustion et pour leur support est obtenu en donnant aux plaques formant les parois 34 et 35 une forme telle qu'elles débordent légèrement au-delà des parois latérales 33 et en les découpant selon un rectangle à leur partie inférieure pour former support.
Les parois latérales 33 peuvent être ensuite soudées par rapprochement contre ces plaques de fond, et ces plaques de fond peuvent être reliées par des cornières 36 à la plaque 17.
Comme le montrent les figures 3 à 5, la chambre de combustion est placée à une distance suffisante des parois voisines 28 et 29 de l'ensemble 2 pour permettre de souffler un débit d'air suffisant sur et autour de la chambre de com- bustion. Les parois latérales de la chambre de combustion sont inclinées de façon à former entre elles un angle de 51 au sommet de cette chambre, et le point de raccordement des parois latérales et de la paroi inférieure de la chambre de combustion est légèrement au-dessus du diamètre horizontal "A" (figure 3).
Grâce à cette construction, la section de passage minima de l'air de chauffage entre les parois de la
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chambre de combustion et les panneaux isolants 30 se trouve le long du diamètre A, et la paroi inférieure 32 de la chambre de combustion se recourbe légèrement vers l'intérieur au-dessus. de la ligne A jusqu'au point de raccordement avec les parois latérales. L'air passant le long de la chambre de combustion
31 se trouve ainsi progressivement comprimé jusqu'à la ligne
A, puis il se détend ensuite progressivement au-dessus de la ligne A. Du fait de la faible courbure de la paroi inférieure de la chambre de combustion au-dessus de la ligne A, l'air qui circule en montant et en se détendant suit la surface des parois latérales de la chambre de combustion et prélève de la chaleur par conduction.
La détente de l'air provoque une com- posante transversale du mouvement de l'air entre les chambres de combustion et l'habillage de la section de chauffage et facilite le chauffage de l'air par le rayonnement provenant des parois de la chambre de combustion et des parois isolantes.
L'angle de 51 formé par les deux parois latérales est considéré comme l'angle optimum pour que/courant de l'air qui se détend balaye uniformément la surface des parois latérales de la chambre. Les parois de la chambre de combustion sont portées du fait de la combustion à une température maxima d'environ 550 C. C'est pourquoi il est avantageux d'avoir de l'air qui circule le long des parois de la chambre de combustion en frottant sur ces parois latérales pour en extraire de la chaleur, mais étant donné le volume de l'air qui circule le long de la chambre et la grande capacité de chauffage par rap- port aux dimensions du calorifère, l'air doit être chauffé non seulement par conduction, mais également par rayonnement.
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La transmission de'la chaleur à l'air par rayonnement est favorisée par la croissance progressive de la section au-dessus de la ligne A (figure 3). Le volume d'air qui remplit cet espace en se détendant empêche une stratifi- cation du courant d'air, et ceci augmente la vitesse de l'absorption de la chaleur de l'air par un effet de convexion.
Le système d'ondulation utilisé pour les parois latérales et pour la paroi inférieure de la chambre de com- bustion contribue considérablement à favoriser l'extraction uniforme de la chaleur et évite la destruction du métal par la formation de points chauds. La chambre de combustion selon la présente invention est en tôle et de préférence en tôle d'acier inoxydable et il n'est pas prévu de matière isolante à l'intérieur de la chambre pour protéger le métal contre la chaleur du combustible qui brûle. La température interne de la chambre de combustion dans les conditions de fonctionnement normales peut s'élever à des valeurs de l'ordre de 550 C. Les températures des diffé- rentes portions des parois de la chambre peuvent varier selon les différentes conditions.
Un échauffement inégal provoque une dilatation inégale des différentes zones et peut provoquer des déformations des tôles qui gênent la circulation de l'air à l'extérieur des parois de la chambre. Pour éviter cet inconvénient, les parois de la chambre peuvent être ondulées. Les ondulations 37; comme on le voit figure 7, sont disposées du côté extérieur par rapport au plan principal des tôles formant la paroi
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latérale 33. En prévoyant des ondulations analogues tout autour de la paroi inférieure 32, on obtient une surface extérieure uniforme.
Sur la face intérieure des parois de la chambre, les ondulations dirigées vers l'extérieur permettent un contact total de la flamme avec la face interne de la paroi en permettant également aux gaz de combustion d'entrer à l'intérieur des ondulations, ce qui assure un chauffage pratiquement uniforme de la paroi en un point quelconque.
Un échangeur de chaleur est monté de façon à entourer la partie supérieure de la chambre de combustion, sur le trajet du courant d'air qui circule autour de cette chambre, pour permettre d'extraire une quantité de chaleur supplémentaire des gaz de combustion avant de renvoyer ceux-ci dans l'atmosphère. Cet ensemble comporte un carter rectangulaire 38 placé transversalement par rapport au fond 34 de la chambre de combustion, et un carter rectangulaire 39 placé transversalement par rapport au fond 35 de ladite chambre. Ces deux carters sont reliés par un certain nombre de tubes, à gaz 40 disposés le long des parois latérales 33 de la chambre de combustion et à une certaine distance de ces parois. Ces tubes sont également échelonnés verticale- ment et à une certaine distance des parois 33.
Comme on peut le voir facilement aux figures 3, 5 et 6, le carter 38 comporte une paroi arrière 41, deux parois extrèmes 42 et 43, une paroi avant 44, une paroi transversale 45, une paroi avant 46 et deux parois supérieure et inférieure 47 et 48. La paroi 45 subdivise le carter en
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deux compartiments comme on le voit figure 5, chaque compar- timent comportant des ouvertures dans la paroi 41 pour rece- voir l'extrémité de,s tubes 40. La paroi 41 comporte également une ouverture 49 dans,laquelle s'engage l'extrémité d'une canalisation 50.
L'autre extrémité de la canalisation 50 passe à travers une ouverture appropriée ménagée dans le fond 35 de la chambre de combustion, et cette.canalisation conduit les, gaz de la chambre .dans le compartiment de droite du carter 38 comme on le voit figures 2 et 5. La paroi 46 du carter dépasse la paroi 44 et vient jusqu'au voisinage du panneau 29. Des ouvertures en .coïncidence dans la paroi 46' et dans le panneau 29 reçoivent un collier approprié et une canalisation .51 qui peuvent être montés sur le panneau 29.
Sur ce collier et sur la canalisation 51 est monté d'une façon appropriée le carter d'un ventilateur.de tirage 52 comme on le voit figure 4. A l'intérieur du carter 52 se trouve le rotor d'un ventilateur qui aspire les gaz de combustion depuis la chambre de combustion à travers l'é- changeur de chaleur et les refoule dans une cheminée 53 qui est reliée à l'extrémité supérieure du carter 52.
Le carter de l'échangeur de chaleur 39 est sensi- blement rectangulaire et il comporte des parois latérales 54 et 55, des parois extrêmes 56 et-des parois inférieure et supérieure 57. La paroi 54 de joe carter comporte des ouvertures appropriées pour recevoir¯les extrémités des tubes 40 placés des deux côtés de la chambre de combustion 31. Les tubes 40 'd'un des côtés de la chambre de combustion amènent les gaz de combustion dans la chambre 39, tandis que les tubes placés-de l'autre côté de la,chambre de combustion
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évacuent ces gaz du carter 39. Les carters 38 et 39 avec les tubes 40 peuvent être suspendus autour de la chambre de combustion 31 par des moyens appropriés.
De tels moyens peuvent être constitués par exemple par des supports 58 fixés sur les carters et sur les organes voisins de la charpente 23.
L'habillage de l'ensemble 2 a de préférence, comme on le voit figures 1 et 4, des dimensions telles que cet habillage se trouve sur le même plan que la souf- flerie 1. Les parois avant de l'habillage peuvent comporter des portes ou des panneaux ouvrants appropriés 59 et 60 permettant d'accéder, dans l'espace situé entre ces portes et les parois de l'ensemble 2. Dans cet espace, on peut loger le panneau de commande du brûleur indiqué en 61, ainsi que le carter du ventilateur d'aspiration 52.
Au-dessus de l'ensemble 2 est placé le système de diffusion 3 pour l'air chaud. Cet ensemble peut comporter des persiennes, et il peut être conçu de façon à diriger l'air chaud vers une zone déterminée du local à chauffer.
De préférence, cet ensemble a une forme rectangulaire et \ comprend un châssis approprié tel que 62 et des montants en cornières 63. Dans le sens longitudinal et dans le sens trans- versal, le châssis est divisé par des barres 64 ménageant des ouvertures 65 tout autour de l'ensemble 3. Les ouvertures
65 peuvent être fermées par des plaques amovibles 66 ou com- porter des persiennes pivotantes 67 pour diriger les jets d'air chaud.
Sauf les organes qui ont été nommément spécifiés, les autres détails de construction indiqués dans la description n'ont
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été donnés qu'à titre d'exemple non limitatif, et peuvent être modifiés sans sortir de l'esprit dé l'invention.
- Résumé -
1 ) Calorifère à air chaud avec circulation forcée de l'air, comportant en combinaison : un habillage formé de parois qui délimitent un passage'rectangulaire pour l'air, une entrée d'air à l'une des extrémités de cet habillage et une sortie d'air à l'extrémité opposée, une soufflerie réalisant la'circulation forcée de l'air à travers l'entrée et la sortie précitées, une chambre de combustion en tôle placée à l'intérieur.
de l'habillage et à une certaine dis- tance des parois et de l'entrée d'air, l'air circulant autour de la chambre et évacuant la chaleur de cette chambre de combustion au cours de son passage, la chambre comportant une paroi inférieure de forme semi-circulaire placée sur le trajet de l'air, des parois, convergeant vers le haut de cette chambre en direction de la sortie d'air et des parois extrêmes reliant la paroi inférieure et les parois latérales, le point de raccordement des parois latérales avec la paroi inférieure de 'la.chambre se trouvant au-dessus d'un plan défini par le diamètre,
horizontal de la paroi inférieure et normal aux parais latérales de l'habillage ce qui provoque une compression progressive de l'air de chauffage en dessous du plan précité et une expansion rapide de cet air au-dessus dudit plan, le profil des parois de la chambre de combustion étant calculé de sorte que cet air balaye constamment la paroi intérieure et les parois latérales de la chambre de combustion..
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2 ) Calorifère suivant 1 ) dans lequel l'angle que font les deux parois latérales convergentes de la chambre de combustion est d'environ 51 , tandis que la paroi infé- rieure et les parois latérales de la chambre de combustion comportent des ondulations dirigées vers l'extérieur par rapport à la chambre de combustion.
3 ) Calorifère suivant 1 ) comportant en outre un échangeur,de chaleur disposé à l'intérieur de l'habillage et entourant la portion supérieure de la chambre de combustion, ledit échangeur de chaleur comportant des tubes à fumée placés à une certaine distance des parois et de la chambre, une enceinte fermée disposée transversalement à la paroi postérieure de la chambre et dans laquelle débouchent les extrémités des tubes de fumée, une enceinte fermée disposée transversalement à la paroi antérieure de la chambre de combustion et dans laquelle débouchent également les tubes de fumée, et une paroi transversale à l'intérieur de la seconde enceinte, placée au voisinage de l'axe de la chambre et divisant l'enceinte en deux compartiments séparés reliés respectivement aux tubes de fumée des deux côtés de la chambre,
une entrée dans la chambre de combustion ménagée dans la paroi antérieure à sa partie inférieure pour y placer un brûleur, une ouverture de sortie ménagée dans la même paroi et reliant le compartiment voisin de la deuxième enceinte avec l'intérieur de la chambre de combustion, une sortie dans l'autre compartiment de l'enceinte relié à une cheminée à tirage forcé entraînant les gaz de combustion à l'air libre.
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4 ) Calorifère suivant 3 ) dans lequel les parois latérales et inférieures de la chambre de combustion comportent des ondulations continues dirigées vers l'exté- rieur de la chambre et placées à un certain intervalle entre les deux fonds de la chambre de combustio n .