FR2459946A1 - Chaudiere perfectionnee - Google Patents

Abstract

CETTE CHAUDIERE COMPORTE DEUX PAROIS TUBULAIRES COAXIALES PREVUES A L'INTERIEUR DE L'ENVELOPPE DE LA CHAUDIERE AFIN DE FORMER UNE CHAMBRE DE COMBUSTION SITUEE A L'INTERIEUR DE LA PREMIERE PAROI, CHACUNE DES PAROIS COMPORTANT UNE PAROI EXTERNE ET UNE PAROI INTERNE DE FACON A DELIMITER ENTRE CES DEUX DERNIERES UN INTERVALLE QUI EST RELIE AUX DEUX CHAMBRES AFIN DE PERMETTRE UNE COMMUNICATION ENTRE CELLES-CI; DES CONDUITES DE GAZ S'ETENDENT DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION A L'EXTERIEUR DE L'ENVELOPPE EN PASSANT PAR DES TRAJETS SINUEUX PAR LESDITS INTERVALLES ET EN UTILISANT DES PASSAGES DELIMITES ENTRE LES PREMIERE ET SECONDE PAROIS ET ENTRE LA SECONDE PAROI ET L'ENVELOPPE DE LA CHAUDIERE.

Description

La présente invention concerne d'une façon générale les chaudières.

On a proposé et utilisé jusqu'à présent différents types de chaudières qui ont donné satisfaction dans une certaine mesure.

Cependant afin de réduire les doléances en ce qui concerne la pollution, de diminuer les frais d'installation, et pour répon- dre à la demande d'économie d'énergie, il s'est révélé un besoin constant d'améliorer la capacité, I'efficacité et le rendement d'une chaudière tout en satisfaisant aux conditions précitées.

On considère d'une façon genérale qu'il existe deux façons d'améliorer la capacité, le rendement et I'efficacite d'une chau diète
(a) en augmentant le taux de production d'énergie thermique par une augmentation de la vitesse du gaz de combustion tout en augmentant la quantité de combustible distribuée à un brûleur et
(b) en prévoyant des surfaces utiles de transmission de chaleur aussi grandes que possible a' l'intérieur du volume d'une chaudière.

Si l'on choisit la première solution (a) pour résoudre ce problème, la puissance nécessaire pour le dispositif d'alimentation en air tel qu'une soufflante a écoulement forcé peut devenir trop grande et avoir pour résultat une augmentation de la consommation totale d'énergie, posant également le probième du bruit. Ceci est dû au fait que la traînée ou résistance à ltécoulement de l'air est proportionnelle au carré de la vitesse d'écoulement, et que le débit est proportionnel à la quantité de combustible devant être brûlée, et que la puissance nécessaire pour l'alimentation en air est proportionnelle au triple de la quantité de combustible à brûler.

Si l'on choisit la solution (b) ci-dessus, la construction de la surface de transmission de chaleur peut nécessiter une vitesse accrue de ltécoulement de l'air qui conduit elle-même à une augmentation de la puissance nécessaire, bien que I'efficacité ou le rendement thermique et la capacité de la chaudière soient généralement augmentés au fur et à mesure que la quantité énergie thermique transmise par unité de surface diminue.

On a tenté dans des chaudières de la technique antérieure, de prévoir plusieurs tubes à eau verticaux disposés entre deux chambres de façon que la partie centrale de la chaudière soit entourée par les tubes à la façon d'un four. De telles chaudières sont décri tes par exemple dans les publications de brevets japonais NO 30341/64, 11210/71 et 34121/71. Les chaudières décrites dans ces documents fonctionnent de façon satisfaisante bien que cependant, comme on l'a indiqué plus haut, il se produise une nouvelle demande en ce qui concerne l'amélioration de l'efficacité, du rendement et de la capacité, ainsi que la diminution de la pollution.

L'invention a en conséquence pour but de fournir une chaudière ayant un rendement et une capacité améliorés et provoquant une pollution moindre. L'invention a également pour but de fournir une chaudière ayant une construction nouvelle qui améliore l'effi- cacité et la capacité de la chaudière tout en diminuant le bruit et la pollution de l'environnement.

L'invention a également pour but de fournir une construction de chaudière pouvant être utilisée soit à circulation soit en type dans lequel ne se produit qu'un seul passage.

L'invention a pour objet à cet effet une chaudière dans laquelle deux chambres annulaires sont reliées par une paroi tubulaire qui comprend une paroi externe et une paroi interne délimitant entre-elles un intervalle, ces deux chambres communiquant l'une avec l'autre à travers cet intervalle, un volume délimité par les deux chambres et par la paroi étant utilisé coiinne une chambre de combustion dans laquelle s'étend un brûleur, à travers un trou central prévu dans l'une des chambres annulaires,des conduites de gaz étant prévues de façon à diriger du gaz de combustion de la chambre de combustion, à travers la paroi interne, en un point adjacent â l'u- ne desdites chambres et à travers ladite paroi externe en un point adjacent à l'autre desdites chambres jusqu'à l'extérieur de la chxu- dière. La paroi peut être réalisée en disposant plusieurs tubes eau contigus. Des conduites sont prévues à l'intérieur de chaque paroi de façon à diriger les gaz de combustion à l'extérieur de la chaudière.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparateront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels
- la Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'une chaudière d'un type antérieur qui est représentée pour expliquer l'arrièreplan de la présente invention ;
- la Fig. 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne II-II de la Fig. 1
- la Fig. 3 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation préféré de l'invention ;;
- la Fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la Fig. 3
- la Fig. 5 est une vue partielle en coupe suivant la ligne V-V de la Fig. 3
- la Fig. 6 est une vue en coupe transversale analogue à celle de la Fig. 3 et montre un autre mode de réalisation de l'invention
- la Fig. 7 est également une vue schématique en coupe d'un autre mode encore de l'invention
- la Fig. 8 est une vue en section d'un autre mode de réa- lisation de l'invention et qui peut être considérée comme correspondant à une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la Fig. 7 mais pour une variante.

Avant d'expliquer l'invention on présentera une discussion des chaudières de la technique antérieure afin de faciliter la compréhension de l'invention.

En se référant aux Fig. 1 et 2, la chaudière 10 de la technique antérieure est du type à circulation naturelle et à tubes d'eau. La chaudière 10 comprend une chambre annulaire supérieure d'eau 11 et une chambre annulaire inférieure d'eau 12 entre lesquelles sont disposés plusieurs tubes d'eau 13 contigus formant une spirale et constituant une paroi formée de tubes tangents comme représenté à la Fig. 2 pour délimiter une chambre de combustion ou foyer 14 au centre de la paroi en spirale formée de tubes tangents qui peut être divisé en une partie interne A et en une partie externe B.

Les parties A et B forment un tube-foyer 15 entre les parties A et
B, qui s'étend depuis une admission 16 débouchant sur la chambre 14, et elles forment également un tube-foyer 17 entre la partie B et une paroi externe 18 de la chaudière 10, les tubes-foyers 15 et 17 guidant le gaz de combustion depuis l'admission 16 jusqu'à un conduit 19 d'échappement dans une direction indiquée par des flêches à la Fig. 2. Les extrémités opposées de chacun des tubes d'eau 13 sont rétrécies et reliées aux chambres supérieure et inférieure ll et 12 respectivement de telle sorte que les deux chambres ll et 12 commu niquent ensemble par l'intermédiaire des tubes d'eau 13.En raison de la présence des parties rétrécies des tubes 13, des intervalles 20 sont formés entre les tubes au voisinage du fond de la chambre supérieure ll et de la paroi supérieure de la chambre inférieure d'eau 12, et ces intervalles sont remplis d'une matière appropriée de garniture ou d'une matière d'isolation appropriée afin d'isoler le foyer 14 et les tubes-foyers 15 et i7 les uns des autres. Une partie souple 21 est prévue sur la paroi externe 18 de la chaudière 10 pour absorber la déformation provoquée par les contraintes thermiques. La partie centrale de la chambre inférieure annulaire d'eau 12 peut eAtre remplie d'une matière de garniture résistante au feu.Un brûleur 22 est disposé dans la partie centrale de la chambre annulaire supérieure d'eau 11, de façon à diriger une flamme vers le bas avec un air soufflé distribué par une soufflante a' écoulement forcé non représentée.

Lorsque le bruleur 22 est allumé, en fonctionnement, des surfaces latérales internes des tubes d'eau 13 dans la partie A sont exposées au rayonnement de chaleur des flammes et à l'action de convexion du gaz de combustion, et les surfaces des tubes 13 se trouvant dans les parties A et B faisant face aux tube-foyer 15, et les surfaces des tubes 13 dans la partie B faisant face au tubefoyer 17 sont également exposées au gaz de combustion traversant les tubes-foyers 15 et 17, assurant ainsi un transfert thermique à l'eau se trouvant dans les tubes 13.En raison de ce transfert de chaleur, les tubes intérieurs appartenant à la partie A peuvent devenir des tubes montants tandis que les tubes appartenant à la partie B peuvent devenir les tubes descendants en raison de la différence des températures de l'eau qui est produite par le transfert thermique, et on obtient ainsi la circulation de l'eau, et d'une façon évidente les tubes de la partie A reçoivent une proportion relativement plus grande de l'énergie thermique. Cependant, la limite entre les tubes montants et les tubes descendants peut varier en fonction des conditions dans lesquelles s'effectue le transfert d'énergie thermique à l'eau se trouvant dans les tubes.

On peut imaginer de modifier 11 agencement des tubes 13 représentés à la Fig.2 afin de diminuer la vitesse du gaz de combustion traversant les tubes-foyers, arase à quoi l'augmentation de la puissance nécessaire pour actionner la soufflante peut être réduite. Ceci consiste à diviser le tube-foyer 15 à partir de l'admission 16 en deux tronçons opposés et de réunir les tubes-foyers séparés en un point situé en face de l'admission 16 que le gaz de combustion atteint après avoir parcouru 1800 sur la circonférence avant de pénétrer dans le tube-foyer suivant correspondant au tubefoyer 17 et qui est de nouveau divisé en deux tronçons opposés pour se rejoindre à l'échappement, qui est situé à peu près à la même position angulaire que l'admission 16.Cet agencement des tubesfoyers peut diminuer la vitesse du gaz aux points intermédiaires dans le trajet du gaz de combustion, ce gaz, à la partie supérieure du foyer adjacente au brûleur 22, indiquée par les flèches "a" entraînant des particules d'huile incomplètement brûlées sortant du brûleur 22, ces particules non brûlées, relativement grandes, étant dirigées vers le tube-foyer 15 suivant les flèches "jazz tandis que le gaz s'écoulant dans le tube-foyer 15 à la partie inférieure de l'admission 16, comme indiqué par une flêche "b", est complètement brûlé. Le gaz contenant des particules non brûlées est refroidi pendant la traversée des tubes-foyers et ainsi ces particules sont évacuées a' l'extérieur sans être brûlées, augmentant ainsi la quantité de suie et de fumée.Si on désire diminuer les émissions de suie et de fumée, ilest nécessaire d'augmenter le rendement de mélange au voisinage du brûleur 22 afin de faciliter la combustion dans le foyer 14 de façon que celle-ci devienne complète. Bien que la quantité de suie et de fumée puisse être réduite par un tel mélange, celui-ci nécessite une augmentation de la capacité de la soufflante à air ou de la soufflante a' écoulement forcé, consommant ainsi plus d'énergie. De même, la quantité de NO est augmentée
x au fur et à mesure que le mélange est effectué de façon plus violente, ce qui pose le problème de la pollution de ltenvironnement et du bruit.

Comme on l'a indiqué plus haut, l'invention résoud les problèmes exposés dans ce qui précède, et qui sont liés aux chaudières de la technique antérieure, par exemple telles que représentées aux Fig. 1 et 2.

En se référant aux Fig. 3 et 4, on a représenté une chaudière 30 suivant un mode de réalisation préféré de l'invention.

La chaudière 30 représentée est du type à tubes d'eau à circulation naturelle et comprend une chambre annulaire supérieure d'eau 31, une chambre annulaire inférieure d'eau 32, un faisceau de tubes d'eau verticaux 33 disposés contigus de façon à former une paroi constituée de tubes disposés tangents les uns aux autres, de forme cylindrique, et un autre groupe de tubes d'eau verticaux 34 également disposés contigus de façon à former une autre paroi for.

mée de tubes tangents, ayant une seconde forme cylindrique co-axiale à ladite première et disposée vers l'extérieur délimitant ainsi un espace annulaire entre les deux parois, comme représenté à la
Fig. 4. Les extrémités opposées de chacun des tubes 33 et 34 présentent un diamètre réduit et sont reliées à la plaque formant le fond de la chambre supérieure 31 et à la plaque formant la paroi supérieure de la chambre d'eau inférieure 32 de telle sorte que les deux chambres communiquent ensemble par l'intermédiaire des tubes 33 et 34. L'espace latéral interne entouré par le groupe de tubes 33 est adapté pour devenir une chambre de combustion ou foyer 35 dans lequel est disposé un brûleur 36 qui est dirigé vers le bas à travers une ouverture centrale de la chambre supérieure d'eau 31.

Les tubes adjacents 33 et 34 sont agencés contigus, comme indiqué plus haut, de façon a former des parois 37 et 38 constituées de tubes tangents, et les tubes adjacents peuvent être soudés les uns aux autres afin de réaliser une étanchéité totale entre-eux si cela est nécessaire.

L'espace entre les parois 37 et 38 formées de tubes tangents est utilisé comme un tube-foyer 39 et l'espace entre une paroi externe ou enveloppe 40 de la chaudière et la paroi 38 formée de tubes tangents est également utilisé comme un tube-foyer 41 qui conduit à un échappement 42 pour les gaz de combustion de la chaudière.

Comme on l'a représenté à la Fig. 4, la paroi cylindrique intérieure constituée par les tubes tangents 33 et la paroi extérieure cylindrique 38 formée par les tubes tangents 34 présentent en section transversale une forme complètement circulaire respectivement, et il n'existe ainsi aucune admission analogue à l'admission 16 représentée à la Fig. 2 pour diriger les gaz de la chambre 35 vers le tube-foyer intermédiaire 39.Cependant, comme on l'a indiqué plus haut, les extrémités opposées des tubes respectifs 33 et 34 sont rétrécies de sorte que les parties des parois 37 et 38 situées au voisinage des parois inférieure et supérieure des cham bres d'eau supérieure et inférieure respectivement présentent des intervalles de passage qui permettent la traversée de l'air. On a représenté par exemple de tels passages 55 à la Fig. 5 pour la partie inférieure de la paroi interne 37. Ces passages 55 permettent le passage du gaz de combustion de la chambre de combustion 35 au tube-foyer intermédiaire 39. Comme on l'expliquera dans la suite, les passages formés aux extrémités opposées des tubes 33 et 36, à l'exception des passages 42 représentés à la Fig.3, sont remplis d'une matière appropriée 43 de garniture résistante au feu afin de fermer les passages.

Pour compléter le passage prévu pour le gaz de combustion depuis la chambre de combustion 35 jusqu'à l'échappement 42 à travers les tubes-foyers 39 et 412 il est prévu des moyens pour guider le gaz, qui s'étendent à travers les parois 37 et 38. Les moyens de guidage du gaz sont constitués par des conduites 44 qui s'étendent depuis la chambre de combustion 35 jusqu'au tube-foyer intermédiaire 39 à travers l'intérieur de quelques uns des tubes d'eau 34 ou de tous ces tubes, et d'autres conduites 45 de gaz s'étendant depuis le tube-foyer 39 jusqu'au tube-foyer externe 41. Chacune des conduites 44 et 45 est constituée d'un tuyau.Le tuyau de la conduite 44 débouche dans la chambre 35 par une ouverture d'admission 46 qui est adjacente à la chambre 32 au bas du tube 33 et s'étend ensuite vers le haut à l'intérieur du tube 33 et débouche dans le tube-foyer 39 par une ouverture d'évacuation 47 qui est diamétralement opposée à l'admission 46, cette ouverture 47 étant située à la partie supérieure du tube 33 adjacente au fond de la chambre 31.

D'uoe façon analogue, le tuyau formant la conduite 45 de gaz débouche dans le tube-foyer 39 par une ouverture d'admission 48 située à peu près à la même hauteur que l'ouverture d'évacuation 47 et s'étend vers le bas à l'intérieur du tube 34 et débouche dans le tubefoyer 41 par une ouverture d'évacuation 49 qui est située dans la partie inférieure du tube 34 et diamétralement opposée à l'ouvertu- re d'admission 48. Grâce à l'agencement précité des conduites, les passages pour le gaz de combustion de la chambre 35 à l'orifice d'échappement 42 sont ainsi complétés. L'espace central dans la chambre inférieure d'eau 32 peut être rempli d'une matière de garnissage analogue à la matière 43 afin de fermer le fond de la chambre de combustion.Dans une partie appropriée de la paroi 40 de la chau dière est prévue une partie souple 50 pour absorber les contraintes thermiques développées dans la paroi.

Lorsque le brûleur 36 est allumé, la surface interne de la paroi 37 est chauffée par le rayonnement de chaleur de la flamme dirigée vers le bas sous l'action d'un écoulement d'air fourni par la soufflante, et par la convexion du gaz de combustion. Le gaz de combustion est dirigé dans les ouvertures d'admission 46 et les passages 55 et est envoyé à travers les conduites de gaz 44 et le tube-foyer intermédiaire 39 des ouvertures d'évacuation 47 et du tube-foyer 39 aux conduites 45 par l'intermédiaire des ouvertures d'admission 48 et des ouvertures d'évacuation 49 prévues dans les tubes 34, pour aboutir finalement à l'échappement 42 par l'intermédiaire du tube-foyer 41.Pendant la circulation des gaz de combustion telle qu'expliquée cl-dessus, l'eau se trouvant dans les tubes reçoit l'énergie thermique par transfert du gaz de sorte que les tubes 33 deviennent des tubes montants et que les tubes 34 deviennent des tubes descendants pour assurer la circulation naturelle de l'eau dans la chaudière 30.

Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le courant de gaz de combustion dirigé de façon à franchir la paroi interne 37 est considéré comme divisé en deux courants, savoir un courant pénétrant dans les passages 55 et l'autre courant pénétrant dans les ouvertures d'admission 46. Grâce à cette division du courant de gaz, il est possible de maintenir une vitesse relativement faible du courant de gaz de combustion traversant les passages 55 et les ouvertures d'admission 46 et ainsi la consommation d'énergie de la soufflante à écoulement forcé n'a pas besoin d'être augmentée.En outre, en raison de l'augmentation de la surface de transfert de chaleur due à l'agencement des conduites de gaz 44 et 45 de ce mode de réalisation, la capacité et le rendement sont remarquablement améliorés et la génération de suie, de fumée et de NO sont limités
x du fait que les ouvertures d'admission 45 et les passages 55 sont situés en un point éloigné du brûleur 36 de sorte que pratiquement, seul du gaz complètement brûlé seulement est dirigé vers les admissions 46 et les passages 55 sans qu'il soit nécessaire d'assurer un mélange particulièrement violent.

La description qui va suivre peut être considérée comme une répétition de ce qui précède d'une façon un peu analytique. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, l'écoulement du gaz brûlé à haute température est divisé suivant les deux trajets indiqués, l'un pénétrant dans les admissions 36 et l'autre pénétrant dans le tube-foyer intermédiaire 39 à travers les passages 55.

La résistance d'une conduite à l'écoulement du gaz la traversant peut être exprimé d'une façon générale par l'équation suivante Ap8V2 X ç 2
pV où : /\ p est la résistance
V est la vitesse d'écoulement du gaz
est la densité du gaz.

Par conséquent la vitesse est le facteur le plus important en ce qui concerne la résistance ou traînée. Ainsi la division du trajet du gaz dans les deux ou trois passages en un point ou en plusieurs points de 11 ensemble de la conduite peut contribuer à diminuer Ap, en réduisant la vitesse dans les conduites séparées.

En outre, ainsi que cela ressort de l'équation ci-dessus, la densité ou le volume sont également liés à la résistance, et le volume (v) du gaz est proportionnel à sa température absolue exprimée par l'équation
= = 273 + t(OC)
273
En conséquence, la résistance de la conduite à l'écoulement du gaz peut être efficacement diminuée si 11 écoulement du gaz est divisé lorsque sa température est relativement élevée.

Suivant le mode de réalisation représenté aux Fig. 3 et 4, le gaz de combustion ou le gaz brûlé à haute température est di visé en deux trajets formés par les conduites de gaz 44 et le tubefoyer intermédiaire 39 et les gaz de combustion divisés se rencontrent de nouveau dans la partie adjacente aux ouvertures d'évacuation 47 après que les gaz séparés se soient refroidis par transfert thermique et que leur volume ait ainsi été diminué. Par conséquent le courant de gaz réuni ne peut pas augmenter la résistance dans les conduites 45.En outre comme on le voit à la Fig.4, le nombre de conduites de gaz 45 peut être augmenté par comparaison à celui des conduites de gaz 44 et le volume de gaz a été réduit par transfert thermique, la résistance totale dans les conduites 45 pouvant être maintenue faible même si le courant de gaz réuni est dirigé vers les conduites 45 non séparées. Il est cependant possible de diviser le trajet après le ont de réunion, c'est-à-dire autour des admissions 43. A cette fin la matière de garniture 43 prévue aux parties supérieures respectivement des tubes d'eau 34 peut être retirée afin de réaliser plusieurs passages analogues aux passages 55. Le fait de prévoir ces intervalles supplémentaires diminue également la vitesse d'écoulement du gaz.

On a représenté à la Fig, 6 un autre mode de réalisation de l'invention constitué par une chaudière 30'. Du fait que la construction et l'action des organes de la chaudière sont presque les mêmes à l'exception de quelques points, les éléments qui correspondent à ceux de la chaudière 30 (Fig. 3, 4 et 5) sont désignés par les mêmes références avec l'adjonction de l'exposant ' à chacun d'entre-eux respectivement. Dans la chaudière 30', une chambre de combustion ou foyer 35' est agencée de façon à être du type à combustion à retour d'écoulement et on utilise ainsi un brûleur 36' du type à flamme longue, qui est installé dans la chambre formant foyer de façon que son extrémité soit relativement basse par comparaison à la position du brûleur dans la chaudière 30.Le gaz de combustion, atteint d'abord le fond du foyer, où son sens est inversé, pour monter suivant la circonférence de la chambre de combustion 35'. Le combustible est censé brûler complètement grâce au retour d'écoulement et par conséquent on peut également en attendre la re duction de la quantité de NO .Dans ce mode de réalisation, les po
x sitions respectives des passages 55', des ouvertures d'admission 46', des ouvertures d'évacuation 47', des ouvertures d'admission 48' et des ouvertures d'évacuation 49t sont l'inverse de celles correspondantes de la Fig.3 en ce qui concerne les positions verticales respectivement et en conséquence, ie sens d'écoulement du gaz de la chambre de combustion au dernier tube-foyer 41' est également opposé à celui correspondant à la Fig.3. Les autres éléments qui ne sont pas particulièrement désignés ci-dessus sont les mêmes que ceux de l'exemple précédent sans exposant prime, à la Fig.3, en ce qui concerne leur construction et leurs effets.

On a représenté àla Fig.7 un autre mode de réalisation d'une chaudière 130 suivant l'invention. Dans cette chaudière éga liement, presque tous les éléments sont analogues à ceux représentés à la Fig. 3 et de ce fait les éléments correspondants sont désignés par les mêmes références numériques que dans l'exemple de la Fig.3, mais augmentées de lCO. Ainsi les fonctions respectives et les détails de construction peuvent être pris à la Fia.3 en supprimant le chiffre des centaines. De même que dans l'exemple de la Fig.3, deux parois 137 et 138 formées de tubes tangents sont disposées co-axiales à l'intérieur d'une chaudière 130 afin de former une chambre 135 de combustion et un premier tube-foyer 139 et un second tubefoyer 141 comme représenté.Les parois 137 et 138 formées de tubes tangents sont constituées d'un grand nombre de tubes d'eau 133 et 134 respectivement qui sont disposés contigus . Pour compléter le passage du yaz de combustion de la chambre de combustion 135 à une ouverture d'évacuation 142 à travers le premier tube-foyer 139 et le second tube-foyer 131, il est prévu des conduites 144 et 145 à l'intérieur des tubes d'eau 133 et 134 respectivement, la conduite de gaz 144 communiquant avec la chambre 135 par une ouverture d'admission 146 disposée dans une partie inférieure du tube 133 et l'extrémité opposée de la conduite 144 communiquant avec le premier tube-foyer 139 par une ouverture d'évacuation i47 qui est située dans une partie supérieure du tube 133 qui est diamétralement opposé à l'ouverture 146 d'admission.La conduite 145 débouche également sur le premier tube-foyer 139 par une ouverture d'admission 148 disposée dans une partie inférieure du tube 134 aux alentours du même emplacement vertical que l'ouverture d'admission 146, et l'extrémité opposée de la conduite 145 débouche sur le second tubefoyer 141 par une ouverture d'évacuation 149 qui est disposée diamétralement à l'opposé de l'ouverture d'admission 148 dans une partie supérieure du tube 134. Grâce à l'agencement des conduites 144 et 145 en combinaison avcc les tubes-foyers 139 et 141 et ltouver- ture d'évacuation 142, le gaz de combustion est guidé vers l'exté- rieur du four à partir de la chambre 135 dans le sens indiqué par les flêches.Dans la chaudière 130, les intervalles de passage analogues aux intervalles 55 (Fig.3 et 5) ne sont pas prévus pour diriger l'écoulement du gaz et en particulier l'écoulement dans le premier tube-foyer 139 et les parties correspondantes sont remplies d'une matière appropriée 143 résistante au feu. Cependant la surface totale augmentée pour assurer le transfert de chaleur améliore l'efficacité ou le rendement de la chaudière.

L'agencement des ouvertures d'admission 146 et 148 et des ouvertures d'évacuation 147 et 149 peut être inversé en ce qui concerne leur position verticale, de la même façon que dans le mode de réalisation représenté à la Fig.6, de sorte que la chaudière peut être convertie en chaudière du type à combustion à retour d1é- coulement par un réglage approprié de la hauteur de l'extrémité du brûleur du type à longue flamme.

On a indiqué dans la description qui précède qu'il n1 est pas indispensable de prévoir une conduite de gaz dans chaque tube d'eau, et quelques uns de ceux-ci peuvent être prévus sans de telles conduites. Dans ce cas le nombre de conduites et leur répartition dans chacune des parois formées de tubes tangents peuvent être déterminés de façon appropriée en combinaisons avec les dimensions des tubes, des conduites et des ouvertures afin de faciliter un fonctionnement régulier de la chaudière à haute capacité et avec un rendement élevé et également de réduire les causes de la pollution de l'environnement. Des considérations analogues peuvent egalement s'appliquer aux intervalles de passage tels que ceux représentés aux Fig. 3 et 5.Ce qui précède peut également être avantageux dans la chaudière 130 (Fig.7) du fait qu'il n'est pas prévu de séparation de l'écoulement du gaz de combustion. Par exemple le nombre de conduites dans la paroi interne formée de tubes tangents peut être supérieur au nombre de conduites prévues dans la paroi externe formée de tubes tangents, de sorte que la résistance à l'écoulement du gaz de combustion dans les conduites peut être équilibrée dans la totalité du passage du gaz de combustion. De même l'absence des conduites dans certains des tubes d'eau peut faciliter la circulation de cette dernière dans la chaudière.

On a indiqué dans la description des modes de réalisation précédents que les tubes d'eau ont un diamètre réduit à leurs extrémités opposées. On peut cependant également utiliser des tubes rectilignes à l'exception des parties nécessaires pour réaliser les passages tels que les passages 55 représentés aux Fig. 3 et 5.

Cette diminution du diamètre du tube peut être obtenue par un moyen quelconque approprié par exemple par repoussage de l'extrémité du tube ou par soudage d'un tube de petit diamètre à l'extrémité du tube d'eau.

Si l'on utilise des tubes ayant des ailettes axiales, les ailettes adjacentes sont reliées de façon à former une chambre de combustion ou tube-foyer et ces tubes présentent habituellement un diamètre uniforme sur la totalité de leur longueur et ainsi certaines parties des ailettes peuvent être coupées pour réaliser les intervalles de passage nécessaires. Dans le présent mémoire, on considère également cet agencement de la paroi comme constituant une paroi formée de tubes tangents0
En se référant à la Fig. 8, oii a représenté en section transversale une autre variante encore d'une chaudière 60 suivant l'invention. Alors que dans les modes de réalisation décrits plus haut on a utilisé plusieurs tubes d'eau pour former des parois constituées de tubes tangents, dans la chaudière 60, ces parois sont remplacées par des éléments à double parois.Un élément intérieur 61 à double parois comprend une paroi cylindrique interne 62 et une paroi cylindrique externe 63 délimitant un intervalle qui peut être rempli ou traversé par re l'eau. D'une façon analogue un élément externe 64 à double parois comprend une paroi cylindrique interne 65 et une paroi cylindrique externe 66 et l'intervalle entre ces parois est utilisé pour assurer un passage d'eau. L'espace intérieur de l'élément 61 est utilisé comme chambre 67 de combustion, l'espace entre les éléments 61 et 64 est utilisé comme un premier tube-foyer 68 et l'espace compris entre l'élément 64 et une enveloppe ou paroi externe 69 de la chaudière est utilisé comme second tube-foyer 70 communiquant avec une ouverture 71 d'évacuation.La vue de la Fig. 8 peut être considérée comme équivalente à la vue en section suivant la ligne VIII-VIII de la Fig.7 et on a ainsi représenté seulement à la Fig. 8 les ouvertures d'admission 72 pour les conduites 73 faisant communiquer la chambre de combustion 67 avec le premier tube-foyer 68 et seulement des ouvertures d'admission 74 pour des conduites 75. Bien entendu les conduites 73 et 75 débouchent dans les premier et second tubes-foyers 68 et 70 respectivement complètant ainsi un passage pour le gaz de la chambre de combustion 67 à l'ouverture 71 d'évacuation. L'agencement représenté à la Fig. 8 permet de déterminer librement la répartition des conduites de gaz.Les intervalles de passage analogues à ceux représentés aux Fig. 3 et 5 par la référence 55 peuvent également ê- tre prévus dans la chaudière 60 en disposant des tubes qui stéten- dent à travers l'élément 61 en des points appropriés de celui-ci.

En réalisant des conduites de gaz dans les tubes d'eau ou dans des éléments à double parois, on peut augmenter la surface de transfert de chaleur sans augmenter proportionnellement toutes les dimensions de la chaudière, de sorte que les frais d'installation de la chaudière suivant l'invention peuvent être maintenus faibles tout en améliorant la capacité et ltefficacité de celle-ci et tout en réduisant les problèmes concernant la pollution de l'environne- ment et le bruit.

On a représenté au dessin les chambres d'eau supérieure et inférieure comme ayant une forme annulaire circulaire. Cependant la forme des chambres d'eau n'est pas limitée à une forme circulaire et on peut bien entendu lui donner toutes formes annulaires pourvu qu'elle présente une ouverture centrale. Par exemple la forme peut être ovale, carrée ou rectangulaire pourvu quelle présente une ouverture centrale à travers laquelle s'étend le brûleur dans le cas où la chambre est une chambre supérieure. En conséquence l'agencement des tubes, des éléments à double parois et de l'enveloppe peut ne pas être nécessairement de sectioncirculaire. Par conséquent le terme annulaire utilisé dans la présente description doit être considéré comme n'étant pas limité à la forme circulaire.

On a indiqué dans ce qui précède que la chaudière suivant l'invention est du type à tubes d'eau assurant une circulation de l'eau à travers la chambre supérieure d'eau, des tuyaux descendants (ou un élément à double parois, descendant), la chambre inférieure d'eau et des tubes montants (ou un élément à double parois montant).

Cependant la chaudière suivant l'invention peut être utilisée comme une chaudière du type à un seul passage dans lequel le niveau de l'eau est considéré comme existant dans la partie intermédiaire des parois formées de tubes tangents ou de l'élément à double parois.

En outre bien que les modes de réalisation de l'invention aient été décrits comme s'appliquant à une chaudière du type vertical, l'invention est également applicable à une chaudière du type horizontal avec des effets et avantages analogues, la chaudière étant de préférence inclinée par rapport à l'horizontale.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1 - Chaudière caractérisée en ce qu'elle comprend : une enveloppe tubulaire ; deux chambres annulaires disposées aux extrémités opposées de l'enveloppe tubulaire et réunies à celle-ci ; une première paroi disposée à l'intérieur de l'enveloppe de façon à former un corps tubulaire espacé de ladite enveloppe et présentant une paroi externe et une paroi interne délimitant entre elles un intervalle qui est relié aux deux chambres à ses extrémités opposées de façon à permettre une communication entre lesdites chambres par l'intermédiaire dudit intervalle ;; une seconde paroi formant un corps tubulaire à ltintérieur de ladite enveloppe et entourant ladite première paroi à l'extérieur, en délimitant un premier intervalle entre ladite première paroi et ladite seconde paroi et un second intervalle entre ladite enveloppe et ladite seconde paroi, cette dernière ayant une paroi externe et une paroi interne délimitant entre-elles un intervalle qui est relié aux deux chambres aux extrémités opposées dudit corps tubulaire de façon à assurer une communication entre lesdites chambres par l'intermédiaire dudit intervalle, une chambre de combustion délimitée par ladite première paroi et par lesdites deux chambres annulaires, l'ouver- ture centrale de l'une desdites chambres annulaire étant fermée, un brûleur s'étendant à travers l'ouverture centrale de l'autre chambre annulaire et dirigé vers ladite chambre de combustion, une ouverture d'évacuation disposée sur l'enveloppe de façon à communiquer avec ledit second intervalle, une première conduite de gaz s'étendant à travers ladite première paroi depuis ladite chambre de combustion jusqu'audit premier intervalle, ladite première conduite ayant une première ouverture d'admission débouchant dans ladite chambre de combustion au voisinage de l'une desdites chambres et une première ouverture d'évacuation débouchant dans ledit premier intervalle au voisinage de l'autre desdites chambres, et une seconde conduite de gaz étendant à travers ladite seconde paroi à partir dudit premier intervalle jusqu'audit second intervalle, ladite seconde conduite ayant une seconde ouverture d'admission abouchant dans ledit premier intervalle au voisinage de l'une desdites chambres et une seconde ouverture d'évacuation débouchant dans ledit second intervalle au voisinage de l'autre desdites chambres.

2 - Chaudiere suivant la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend un passage de gaz supplémentaire aoencé de fa çon à s'étendre à travers ladite premire paroi et débouchant dans les deux parois de celle-ci au voisinage de ladite première chambre.

3 - Chaudière suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend d'autres passages supplémentaires pour le gaz agencés de façon à s1 étendre à travers ladite seconde paroi et débouchant dans les deux parois de celle-ci au voisinage de l'autre desdites chambres.

4 - Chaudière suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites première et seconde parois sont constituées d'un grand nombre de tubes d'eau contigus de façon à former une première re et une seconde parois constituées de tubes tangents respectivement, lesdites première et seconde conduites étant constituées de plusieurs tubes qui sont introduits dans quelques uns ou dans tous lesdits tubes d'eau.

5 - Chaudière suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que lesdites première et seconde parois sont constituées de plusieurs tubes d'eau contigus de façon à former une première et une seconde parois constituées de tubes tangents respectivement et lesdites première et seconde conduites sont constituées de plusieurs tubes qui sont introduits dans quelques uns ou dans tous lesdites tubes dieau, au moins l'une des extrémités de certains desdits tubes ou de tous ces tubes ayant un diamètre réduit afin de former lesdits passages supplémentaires pout le gaz dans ladite première paroi ou dans lesdites première et seconde parois.

6 - Chaudière suivant la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits tubes d'eau sont du type comportant des ailettes, et les tubes d'eau adjacents sont réunis ensemble par lesdites ailettes afin de former une première et une seconde parois constituées de tubes tangents, lesdites première et seconde conduites de gaz étant formées de plusieurs tubes qui sont introduits dans certains desdits tubes d'eau ou dans tous ceux-ci.

7 - Chaudière suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les ailettes sont découpées dans ladite première paroi au voisinage de l'une desdites chambres afin de realiser des passages supplémentaires pour le gaz s'étendant depuis ladite chambre de com bustion dans ledit premier intervalle.

8 - Chaudière suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les ailettes de la seconde paroi sont découpées au voisinage de l'autre desdites chambres annulaires afin de réaliser d'autres passages supplémentaires pour le gaz s'étendant depuis ledit premier intervalle jusqu'au second.

9 - Chaudière suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit corps tubulaire est vertical, l'une desdites chambres annulaires étant disposée à l'extrémité su périeure du corps tubulaire et l'autre desdites chambres étant disposée à l'extrémité inférieure de ce corps, la chambre inférieure étant utilisée comme chambre d'eau de sorte que la chaudière est du type à un seul passage,

10 - Chaudière suivant la revendication 9, caractérisée en ce que ladite chambre supérieure est utilisée comme chambre d'eau de sorte que ladite chaudière est du type â circulation.

11 - Chaudière suivant l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que l'enveloppe tubulaire et le corps tubulaire sont cylindriques, chacune desdites chambres annulaires étant circulaire.

12 - Chaudière suivant la revendication 11, caractérisée en ce que lesdites ouvertures d'admission et d'évacuation sont constituées par plusieurs ouvertures d'admission et d'évacuation lesdites ouvertures d'admission prévues dans ladite première paroi constituée de tubes tangents et lesdites ouvertures d'évacuation pre- vues dans ladite seconde paroi constituées de tubes tangents sont situées à peu près au même niveau au voisinage de l'une desdites chambres et lesdites ouvertures d'évacuation de ladite première paroi constituée de tubes tangents et lesdites ouvertures d'admission de ladite seconde paroi constituée de tubes tangents sont situées à peu près à un même niveau différent au voisinage de l'autre desdites chambres.

13 - Chaudière suivant la revendication 11, caractérisée en ce que lesdites ouvertures d'admission et d'évacuation sont constituées par plusieurs ouvertures d'admission et d'évacuation, les ouvertures d'admission de la première paroi constituée de tubes tangents et les ouvertures d'admission de la seconde paroi constituée de tubes tangents étant situées à peu près au même niveau au voisinage de l'une desdites chambres et lesdites ouvertures d'évacuation de la première paroi constituée de tubes tangents et lesdites ouvertures d'évacuation de ladite seconde paroi constituée de tubes tangents étant situées à peu près à un même autre aveau différent au voisinage de l'autre desdites chambres, lesdits passages supplémentaires de gaz étant obturés.