Brevet FR2420719A1 — publié le 19791019

La présente invention est relative aux chaudières a vapeur ou a eau chaude du type comprenant une partie de convexion en forme de tambour cylindrique muni de plaques d'extrémité planes, à l'intérieur duquel sont montés au moins deux groupes de tubes de fumée, de façon concentrique par rapport a un tube de flamme et, s'étendant entre les plaques d'extrémité du tambour, une chambre annulaire de renvoi, fournissant un passage pour les produits de combustion d'un groupe de tubes de fumée à l'autre groupe, disposée à proximité d'une desdites plaques d'extrémité, et définie par une paroi parallèle à celles-ci, un brûleur a mazout étant en outre monté dans l'extrémité extérieure du tube de flamme.Le but de l'invention est de réaliser un dispositif simple et pratique pour le préchauffage de l'air de combustion tout en tenant compte de façon simultanée de la chaleur résiduelle dans les gaz de combustion. Le dispositif d'alimentation d'air selon l'invention comprend une cambre d'air fixée à proximité de la chambre de renvoi, couvrant sensiblement toute la longueur de la paroi définissant extérieurement ladite chambre et possédant au moins une admission d'air a sa périphérie, ladite chambre d'air comprenant une partie centrale traversant la chambre de renvoi, vers le tube de flamme, séparée de ce dernier par un élément de paroi guidant l'air vers le brailleur. Pour réaliser une surface de transfert de chaleur accrue, la paroi extérieure définissant la chambre de renvoi est faite en un matériau ondulé ou à bourrelets. Une partie du dispositif d'alimentation d'air peut être sous la forme d'un labyrinthe, dirigeant l'air vers le brûleur. La figure 1 représente en coupe verticale une chaudière a vapeur verticale selon l'invention, et la figure 2 représente en coupe la partie supérieure d'une variante de mode de réalisation de la chaudière. La chaudière à vapeur représentée dans la figure 1 est d'un type de façon générale bien connu et comprend une partie cylindrique 10 supérieure et une chambre de combustion finale inférieure 11. Un tube de flamme 12 est fixé centralement dans la partie supérieure et est muni à son extrémité supérieure d'un brûleur 13. L'extrémité inférieure du tube de flamme est définie par une paroi formée par un corps 14 de matériau réfractaire et possédant un passage d'évacuation 15. Les parties de la flamme passant le long de la paroi d'enveloppe du tube de flamme 12 sont refroidies de sorte que la combustion n'y est pas complète. Du fait de la forme de la surface supérieure 16 du corps réfractaire 14 qui s'incline vers le passage de sortie 15, les parties périphériques de la flamme sont forcées dans le noyau de la flamme, immédiatement au passage. I1 se produit un chauffage intense et un mélange complet de sorte que l'on obtient une combustion finale efficace dans la chambre 11. La partie cylindrique 10 supérieure comprend un certain nombre de tubes de fumée disposés en deux groupes concentriques. Le groupe intérieur 18 s'étend entre la chambre de combustion finale 11 et une chambre de renvoi supérieure 19, alors que le groupe extérieur 20 des tubes de fumée s'étend vers le bas depuis cette dernière vers une chambre collectrice inférieure 21 qui est reliée à un passage de cheminée (non représenté). Le nombre de tubes de fumée A l'intérieur de chaque groupe est choisi de sorte que la vitesse de circulation du gaz, en dépit du volume réduit dû au refroidissement, soit sensiblement le même. La chambre de combustion finale 11 est définie extérieurement par une paroi refroidie à l'eau 22, reliée à la partie supérieure 10 entre les deux groupes 18 et 20 de tubes de fumée. La structure inférieure.23 de la chambre de combustion finale est faite ici de matériau réfractaire mais peut dans des chaudières plus grosses ou fortement chargées être également refroidie à l'eau. Le tambour à vapeur 24 est formé à l'intérieur de la partie cylindrique 10, et renferme donc l'extrémité supérieure du tube' de flamme. Le niveau d'eau pendant le fonctionnement normal est désigné par 25. Les chaudières du type décrit ci-dessus sont connues dans l'art et possèdent une efficacité de combustion acceptable. Le passage rétréci était cependant réalisé en telle, incluse dans le tube de flamme, ou dans la plaque d'extrémité inférieure de la partie cylindrique 10. Compte tenu du chauffage intense à cette partie du four, on réalisait un refroidissement à l'eau efficace. Dans une certaine mesure ce refroidissement contrecarre l'effort pour élever la température des gaz passant le long de la paroi d'enveloppe du tube de flamme. Pour améliorer le mélange des gaz, on a suggéré que les plaques de guidage soient fixées a l'intérieur du passage pour accroitre la turbulence dans la chambre de combustion finale 11. Le refroidissement, de même que les plaques de guidage accroissent les coûts de fabrication. Le tube de flamme est ici muni d'une paroi d'enveloppe cylindrique lisse qui est facilement attachée à la plaque d'extrémité inférieure de la partie supérieure. Un corps 14 de matériau réfractaire est fixé dans l'extrémité inférieure du tube de flammeeen forme une paroi d'extrémité et comporte un passage 15. En fonction de la taille du four, le corps peut être formé d'une seule pièce ou peut être construit à l'aide de tuiles de forme convenable ou encore être coulé dans un moule. La chambre de renvoi supérieure 19 est extérieurement définie par une paroi 50 et à l'extérieur de celle-ci se trouve une chambre d'air 51 qui est elle-même définie extérieurement par une autre paroi 52, parallèle à la paroi 50. Une admission pour l'air de combustion d'un ventilateur (non représenté) est disposée à la périphérie de la chambre d'air et est désignée par 53. Le brûleur A mazout 13 est monté dans une partie renfoncée de la paroi 50, une partie 50a de ladite paroi fermant le tube de flamme 12 extérieurement, sensiblement au niveau de la plaque d'extrémité supérieure de la partie de convexion 10. La tète de buse du brûleur est placée dans une ouverture de la partie de paroi 50a. Le brûleur 13 est séparé de la chambre 51 par une plaque déflectrice annulaire 54 faisant saillie vers le bas depuis la paroi externe 53 de ladite chambre. La plaque déflectrice s'étend presque jusqu'a la partie de paroi 50a et se prolonge par uneplaque de guidage 55 dirigée vers l'extérieur parallèlement à la partie de paroi 50a, et s'étendant presque jusqu'a une paroi 56 définissant la partie renfoncée de paroi 50 Ala chambre d'air 51. La partie de paroi 50a est munie d'un collier orienté vers l'extérieur 57, qui pénètre dans l'espace entouré par la plaque déflectrice 54. Cette dernière forme, avec la plaque de guidage 55 et le collier 57 un labyrinthe pour l'air circulant vers le brtleur, assurant une circulation régulière et également un refroidissement efficace de la partie de paroi 50a Du fait du prolongement de la chambre d'air 51 sur toute la chambre de renvoi de gaz 19, on obtient une distribution régulé re de l'air entrant,de même qu'un préchauffage satisfaisant. Pour accrottre le transfert de chaleur, la paroi 50 peut être fabriquée en matériau ondulé ou à bourrelets. L'invention peut également être utilisée avec des chaudières A eau chaude. La seule différence est que les plaques quidant la circulation de l'eau a proximité de l'espace de vapeur sont et enlevées ,tque le tambour de convexion 10 est complètement rempli d'eau. La figure 2 représente une variante du labyrinthe autour du brûleur. Le but est de réaliser un taux plus élevé de préchauffag et en outre de réduire le risque de surchauffage de l'extrémité supérieure du tube de flamme qui n'est pas refroidi à l'eau. La flamme du brûleur près de la tête de buse a une forme conique et il est possible de donner à la partie de paroi 50b une form a telle que sans interférence avec la flamme/son extérieur, elle entoure une chambre annulaire 51a se trouvant située à l'intérieur du tube de flamme, L'air passant fournit un refroidissement du tub de flamme, tout en absorbant simultanément la chaleur. La plaque déflectrice 54 et la plaque de guidage 55 sont similaires a celles du mode de réalisation précédent. Au bord externe de la plaque de guidage 55 se trouve un second déflecteur 55a, s'étendant vers le bas dans l'espace Sla. La partie de paroi 56b est, comme dans le mode de réalisation précédent, munie d'un collier 57, s'étendant dans l'espace entouré par la première plaque déflectrice 54. La partie de paroi 50 > peut être formée de telle sorte qu'elle suive de très près la forme conique de la flamme, mais ne puisse s'étendre assez loin dans le tube pour effectivement venir en contact avec la flamme. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation d'air pour une ~chaudière a vapeur ou à eau chaude du type comprenant une partie de convexion, en forme de tambour cylindrique muni de plaques d'extrémité planes, a l'intérieur duquel sont montés au moins deux groupes de tubes de fumée (18,20) de façon concentrique par rapport à un tube de flamme (12) et, s'étendant entre les plaques d'extrémité du tambour, une chambre annulaire de renvoi (19) fournissant un passage pour les produits de combustion d'un groupe de tubes de fumée à l'autre groupe, disposée proximité de l'une desdites plaques d'extrémité et définie extérieurement par une paroi (50) parallèle a elles, un brûleur à mazout (13) étant en outre fixé dans l'extrémité extérieure du tube de flamme, caractérisé par le fait qu'il comprend une chambre d'air (51) fixée à proximité de la chambre de renvoi (19) recouvrant sensiblement toute la longueur de la paroi (50) définissant extérieurement ladite chambre, et possédant au moins une admission d'air à sa péri phérie, ladite chambre d'air (51) comprenant une partie centrale traversant la chambre de renvoi, vers le tube de flamme (12) séparée de ce dernier par un élément de paroi (50a,Sobjguidant l'air vers le brûleur. 2. Dispositif d'alimentation d'air selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi externe (50) définissant la chambre de renvoi est faite en un matériau ondulé ou à bourrelets. 3. Dispositif d'alimentation d'air selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'élément de paroi (50a) est situé sensiblement au niveau de la plaque d'extrémité adjacente du tambour et est muni d'une ouverture pour la tête de brûleur, et que le brûleur (13) est séparé de la chambre d'air (51) par une plaque déflectrice annulaire (54) faisant saillie de la paroi externe de la chambre atteignant presque l'élément de paroi (50a) au tube de flamme et se terminant par une plaque de guidage (55) sensiblement parallèle audit élément de paroi et dirigéevers l'extérieur depuis la plaque déflectrice, l'élément de paroi autour de l'ouverture pour le brûleur étant muni d'un collier (57) faisant saillie dans l'espace entouré par la plaque déflectrice, ledit collier, la plaque déflectrice (54)et et la plaque de guidage (55) formant un labyrinthe pour le passage de l'air vers le brûleur. 4. Dispositif d'alimentation d'air selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'élément de paroi (50O) est formé pour définir un espace annulaire (51a) dans la partie externe du tube de flamme (12) extérieurement a sa partie léchée par la flamme du brûleur et que le brûleur (13) est séparé de la chambre d'air (51) par une plaque déflectrice annulaire (54) faisant saillie de la paroi externe de la chambre, atteignant presque la plaque d'extrémité adjacente du tambour et se-terminant par une plaque de guidage (55), sensiblement parallèle A ladite plaque d'extrémité et dirigée vers l'extérieur depuis la plaque déflectrice, ladite plaque de guidage étant munie A sa périphérie d'une seconde plaque déflectrice (55a) s'étendant dans ledit espace annulaire (51a), la partie de paroi (50b) autour de l'ouverture pour le brûleur étant munie d'un collier (57) faisant saillie dans l'espace entouré par la première plaque déflectrice (54, ledit collier, ladite plaque (54), la plaque de guidage (55) et la seconde plaque déflectrice(55a) formant un labyrinthe pour le passage d'air vers le brûleur.