Brevet FR2506909A1 — publié le 19821203

La présente invention concerne une chaudière de chauffage pour la combustion du charbon et, plus particulièrement, pour la combustion de ce que l'on appelle le "charbon gras", cette chaudière étant pourvue de séparateurs incorporés de suie et de poussières, ainsi que d'éléments automatiques de nettoyage, les carneaux à fumée étant installés de telle sorte qu'en dépit des nombreux changements de direction que doivent subir les gaz de fumée, la chaudière ne nécessite qu'un faible tirage, si bien-qu'il devient superflu de prévoir un extracteur. La chaudière de chauffage suivant l'invention est constituée principalement de deux collecteurs en bout reliés l'un à l'autre par des canaux d'eau entre lesquels sont formés des carneaux à fumée, cette chaudière étant caractérisée en ce que deux des canaux d'eau sont installés à côté et au-dessus du brûleur en divergeant de bas en haut; au-dessus de ces deux canaux d'eau, est prévu un canal d'eau en forme de U renversé; de part et d'autre du canal d'eau en U, est prévu au moins un canal d'eau vertical; à côté de ce dernier et à une distance bien déterminée, est prévu un deuxième canal d'eau vertical qui est placé au-dessus du bord latéral concerné du canal d'eau en U et qui, tant dans le haut que dans le bas, laisse subsister un passage; à côté de chacun des deuxièmes canaux d'eau mentionnés en dernier lieu, est prévu un troisième canal d'eau vertical qui, dans le haut, forme un joint étanche avec la paroi supérieure de la chaudière et qui, dans le bas, laisse subsister un passage vers une chambre de précipitation des poussières débouchant dans la cheminée. Afin de mieux souligner les caractéristiques de l'invention, on décrira ci-après, à titre d'exemple et sans aucun caractère limitatif, une forme de réalisation préférée en se référant aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une coupe transversale schématique d'une chaudière de combustion suivant l'invention; la figure 2 est une coupe prise suivant la ligne II-II de la figure 1. La chaudière de combustion suivant l'invention est constituée principalement d'une enveloppe 1 qui, dans le haut, est munie d'un couvercle 2 pourvu d'une évacuation 3 en vue de raccorder la chaudière à une cheminée, cette enveloppe étant pourvue, dans le bas, d'un brûleur 4 auquel du charbon est acheminé automatiquement via une conduite 5. Le brûleur 5 reçoit également une circulation forcée d'air (d'une manière non représentée) afin d'assurer une combustion efficace. Dans l'enveloppe 1, au moins à une extrémité mais, de préférence aux deux extrémités, est prévue une porte 6 par laquelle on peut accéder au brûleur 4 et à la partie inférieure de la chaudière. En outre, la chaudière de chauffage est constituée de deux collecteurs en bout 7 et 8 respectivement dans lesquels débouchent des raccordements (non représentés dans- les dessins) pour l'admission et l'évacuation de l'eau en circulation. Ces collecteurs en bout 7 et 8 sont reliés l'un à l'autre au moyen de canaux d'eau verticaux 9-10, 11-12, 13-14, 15-16 et 17-18 respectivement, au moyen d'un canal d'eau en U renversé 19 comportant un corps en forme de V renversé 20 au-dessus du brûleur, ainsi que par deux canaux d'eau 21, 22 inclinés près du brûleur et installés en dessous du canal 19. I1 convient de noter que les canaux d'eau précités sont installés de telle sorte que les canaux 21, 22 divergent de bas en haut, les extrémités supérieures étant situées plus haut que les extrémités inférieures des brides 23, 24 du canal d'eau ~ 19; les canaux d'eau 9 et 10 s'étendent sur toute la hauteur de la chaudière; les extrémités supérieures des canaux d'eau 11, 13, 15, d'une part, et 12, 14, 16, d'autre part, sont disposées en gradins, les extrémités inférieures des canaux d'eau 11, 13, d'une part, et 12, 14, d'autre part, étant également disposées en gradins à un niveau inférieur à celui des extrémités inférieures des brides précitées 23-24, tandis que les extrémités inférieures des canaux d'eau 15 et 16 se terminent au-dessus et à une distance bien déterminée du canal d'eau 19; les canaux d'eau 17 et 18 sont installés de telle sorte que leurs extrémités inférieures soient situées à une distance relativement importante du canal d'eau 19, tandis que leurs bords supérieurs viennent se placer contre le couvercle 2 ou contre un joint étanche 25 et 26 respectivement. I1 est à noter que, dans les dessins annexés, les carneaux à fumée 27, 28, 29 et 30 ont une largeur égale à celle des carneaux à fumée 31-32 à l'endroit du canal d'eau 19, tandis que, sur toute la hauteur des canaux d'eau 15 et 16, la largeur de ces canaux 31-32 est légèrement supérieure à celle des carneaux à fumée 27 à 30, la largeur totale des carneaux à fumée 27, 29, 31 étant au moins égale à la largeur d'un carneau à fumée 33 ou 34. Le dispositif décrit ci-dessus est encore complété par un mécanisme de nettoyage qui, dans ce cas, est constitué de trois rangées d'éléments ou lattes de raclage 35, 36 et 37 respectivement qui, dans chaque rangée, sont reliés l'un à l'autre au moyen d'une barre 38, 39 et 40 respectivement, ces barres pouvant être commandées chacune séparément de l'extérieur de la chaudière, tandis que, grâce au mouvement de va-et-vient de chaque rangée de lattes de raclage ainsi disposées, la paroi supérieure de la chaudière peut être nettoyée en en raclant les poussières et la suie. Aux lattes précitées 35, 36 et 37, sont encore assemblés des éléments de nettoyage 41, 42, 43, 44, 45 et 46 respectivement, d'un côté, ainsi que 47, 48, 49, 50, 51 et 52-, de l'autre côté; aux éléments de nettoyage 43, 44, 46 et 49, 50, 52, sont fixées des lattes de raclage 53 pouvant être déplacées au-dessus de la paroi supérieure du canal d'eau 19. Les éléments de nettoyage 41 à 52 peuvent être formés par des lattes, des barres, des chaînes ou analogues, qui sont ainsi animées d'un mouvement de va-et-vient conjointement avec les lattes précitées 35, 36 et 37, afin de nettoyer, d'une part, les carneaux à fumée et, d'autre part, la paroi supérieure du canal d'eau 19, ce nettoyage pouvant être effectué alors que la chaudière est en service. Grâce au dispositif ainsi réalisé, au-dessus du foyer, est formé un compartiment de combustion proprement dit 54 ayant des parois latérales divergentes, créant ainsi un effet venturi ayant pour conséquence de provoquer, dans ce compartiment de combustion, une dépression résultant de la dynamique de la flamme et des gaz de combustion soufflés sous pression vers le haut hors du brûleur à charbon 4. Derrière chaque canal d'eau 21-22, est formé un compartiment de séparation des poussières 55-56 respectivement dans lequel les poussières sont séparées des gaz, d'une part, par expansion et réduction de vitesse des gaz et, d'autre part, par l'effet de cyclone, notamment le changement brusque de direction des gaz suivant un angle de 1800. Les gaz de fumée qui continuent à s'élever à travers les carneaux 27 à 32 sont forcément amenés à redescendre dans les carneaux 33-34 pour sortir dans la chambre dite de précipitation 57. Par suite de l'élargissement des carneaux à fumée 31 et 32 à l'endroit des bords inférieurs des canaux d'eau 15 et 16, on obtient, aux points 58 et 59, un effet venturi par lequel les gaz s'écoulent ou sont aspirés des endroits 60, 61 respectivement vers les carneaux à fumée 31 et 32 plutôt qu'inversement. Cet effet venturi est très important, car ainsi on évite une évacuation directe des gaz de chauffage de la partie inférieure des carneaux à fumée 31 et 32 vers le compartiment 57 sans que l'on doive prévoir un dispositif d'étanchéité entre les extrémités inférieures des canaux d'eau 15 et 16 et la paroi supérieure du canal d'eau 19. Du fait qu'une ouverture continue subsiste entre les extrémités des canaux d'eau précités 15, 16 et l'extrémité supérieure du canal d'eau 19 sur toute la longueur de la chaudière, la suie, les cendres volantes et les poussières qui se déposent sur le canal dteau 19, peuvent simplement parvenir, en glissant, dans la partie inférieure des car neaux à fumée 31 et 32 en parvenant ensuite dans la chambre de séparation de poussières 55, 56, comme c'est le cas pour la suie, les cendres volantes et les poussières se déposant sur les parois des carneaux à fumée 27, 29, 31 et 28, 30, 32. Les dimensions de la section de passage de la chambre dite de précipitation 57 sont choisies de telle sorte que la vitesse des gaz se dirigeant vers la cheminée soit inférieure à la vitesse à laquelle les particules entraînées de poussières et de suie tombent. De la sorte, ces particules de poussières et de suie peuvent être récupérées du fait que, dans cette chambre de précipitation, elles ont le temps de tourbillonner hors des gaz de fumée pour descendre jusqu'au fond de cette chambre, en d'autres mots, sur la paroi supérieure du canal d'eau 19. De plus, en inclinant les canaux d'eau 21-22, les gaz de fumée sont accélérés aux points 62 et 63, assurant ainsi, dans les chambres 55 et 56, un effet de cyclone plus puissant et une meilleure séparation des poussières. Entre le bord inférieur de chaque canal d'eau 21-22 et la surface 64, est ménagée une fente 65, 66 qui, au cours du fonctionnement de la chaudière, se remplit de cendres et de poussières, si bien qu'il n'y a aucune perte de tirage de la chambre 54 vers une des chambres 55 et 56. Toutefois, les poussières et la suie se trouvant dans les chambres 55, 56 peuvent être constamment tirées à travers les petites portes 6 vers le brûleur 4 au moyen d'un ringard, d'un crochet ou d'un élément analogue, si ces poussières venaient s'entasser à une trop forte hauteur dans les chambres 55 et 56.De la sorte, les poussières séparées forment elles-mêmes le joint étanche entre les chambres 55-56 et la chambre 54, si bien qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un dispositif d'étanchéité en métal, lequel serait rapidement endommagé à la température régnant à cet endroit. Afin que la paroi supérieure de la chaudière, la paroi supérieure du canal d'eau 19 et les parois extérieures des canaux d'eau 9 à 18 restent exemptes de poussières, de suie ou de cendres volantes, on peut, à des moments appropriés, déplacer les rangées de lattes 35, 36 et 37 pour déplacer ainsi également les lattes 53 et animer les éléments de nettoyage 41 à 52 d'un mouvement de va-et-vient, tous ces mouvements pouvant avoir lieu alors que la chaudière est en service. De la sorte, les poussières, la suie et les cendres volantes raclées tombent d'elles-mêmes à travers les carneaux à fumée, soit directement jusque dans les chambres 55, 56, soit tout d'abord sur le canal d'eau 19 et ensuite, en dessous des canaux d'eau 15 et 16 jusque dans les chambres 55, 56 où ces poussières et ces cendres sont, ainsi qu'on l'a déjà exposé, attirées vers le foyer où la suie recueillie est soumise à une combustion complémentaire, tandis que les poussières s'agglomèrent aux cendres de charbon subissant un frittage. De la sorte, on obtient une chambre de combustion dans laquelle les gaz effectuent un mouvement exclusivement vertical ou pratiquement vertical, un dispositif de nettoyage étant incorporé à cette chaudière, tandis que les différents carneaux à fumée et les canaux d'eau sont installés de telle sorte que la suie, les cendres volantes et les poussières sont séparées par un effet de cyclone, une chambre de pré- cipitation étant également prévue pour séparer la suie et les cendres des gaz se déplaçant vers la cheminée. La chaudière suivant l'invention ne nécessite aucun extracteur, puisqu'aussi bien les différents carneaux à fumée sont installés de telle sorte qu'il se produit différents effets venturi, permettant ainsi d'obtenir également un dispositif de dépoussiérage fonctionnant automatiquement tandis que, en prévoyant un dispositif de nettoyage incor poré, la chaudière de combustion est, en quelque sorte, autonettoyante, si bien que les portes de nettoyage et de dépoussiérage peuvent être omises. Dans une variante de réalisation légèrement modifiée, comme représenté schématiquement par une plaque 67, 68 respectivement, on fermera les passages situés en dessous des canaux d'eau 15-16, ces plaques ou dispositifs de fermeture qui, de préférence, seront constitués de plusieurs parties, étant poussés vers le haut par les lattes 53 au cours du déplacement de ces dernières afin de laisser passer les poussières et la suie. Dans ce cas, la largeur du carneau à fumée 31 peut rester constante ou non sur toute la hauteur, provoquant ainsi ou non l'effet venturi précité. La figure 1 représente encore schématiquement une variante de réalisation selon laquelle, au-dessus des canaux d'eau 21-22, on adapte des briques réfractaires 69, ces dernières étant placées à des distances bien déterminées l'une de autre afin de former des passages pour les gaz de fumée. Les fentes ou passages ménagés entre ces briques 69 peuvent être différents ou non l'un de l'autre mais, de préférence, au centre de la chaudière, en d'autres mots, audes sus du foyer, les passages seront plus petits que ceux dirigés vers les extrémités de la chaudière. En utilisant des briques de ce type, on obtient, sur le foyer, un rayonnement assurant une meilleure combustion; on obtient un meilleur étalement des flammes, améliorant ainsi également le rendement tandis que, à l'endroit des briques précitées 69, on obtient une postcombustion des gaz non brûlés. En cutre, il est évident que la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus à titre d'exemple et illustrées dans les dessins annexés, mais que la chaudière de combustion suivant l'invention peut être réalisée en toutes formes et dimensions sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS. 1.- Chaudière de chauffage pour la combustion du charbon, cette chaudière étant du type formé par deux collecteurs en bout (7-8) reliés l'un à l'autre par des canaux d'eau entre lesquels sont formés des carneaux à fumée, caractérisée en ce que deux des canaux d'eau (21-22) sont installés près et au-dessus du brûleur (4) en divergeant de bas en haut; au-dessus de ces deux canaux d'eau (21-22), est prévu un canal d'eau en forme de U renversé (19); de part et d'autre de ce canal d'eau en forme de U (19), est installé au moins un canal d'eau vertical (9-10); à côté de ce dernier et à une distance bien définie, est prévu un deuxième canal d'eau vertical (15-16) placé au-dessus du bord latéral concerné du canal d'eau en U (19) en laissant subsister un passage tant dans le bas que dans le haut; à côté de chacun des deuxièmes canaux d'eau mentionnés en dernier lieu, est prévu un troisième canal d'eau vertical (17-18) qui, dans le haut, forme un joint étanche avec la paroi supérieure de la chaudière et qui, dans le bas, laisse subsister un passage vers une chambre de précipitation de poussières (57) débouchant dans la cheminée (3). 2.- Chaudière de chauffage sui.vant la revendication 1, caractérisée en ce que les bords inférieurs des canaux d'eau divergents (21-22) sont situés à une certaine distance du fond (64) de la chaudière. 3.- Chaudière de chauffage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les extrémités inférieures des brides (23-24) dirigées vers le bas du canal d'eau en forme de U renversé (19) sont situées à un niveau plus bas que les bords supérieurs des canaux d'eau divergents précités (2122). 4.- Chaudière de chauffage suivant la revendication 1 ou 3, caractérisée en ce que le corps du canal d'eau précité en U (19) est réalisé sous forme d'un V renversé. 5.- Chaudière de chauffage suivant une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, dans le cas d'un seul canal d'eau (9-10) placé verticalement à côté de cha que bord latéral du canal d'eau en U (19), ce canal unique s'étend sur toute la hauteur de la chaudière. 6.- Chaudière de chauffage suivant une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, dans le cas de plusieurs canaux verticaux (9-10-11-12-13-14) situés près de chaque côté du canal en U (19), le canal occupant la position extérieure extrême (9-10) s'étend sur toute la hauteur de la chaudière, tandis que le canal occupant la position intérieure extrême (13-14) est disposé de telle sorte que ses bords inférieurs se terminent à un niveau situé en dessous de celui de l'extrémité inférieure des brides (2324) dirigées vers le bas du canal d'eau en forme de U renversé (19), tandis que ses bords supérieurs se terminent à une distance bien définie de la paroi supérieure (2) de la chaudière. 7.- Chaudière de chauffage suivant la revendication 6, caractérisée en ce que, tant les extrémités inférieures que les extrémités supérieures des canaux d'eau verticaux précités (9 à 14), sont disposées en gradins, les canaux d'eau les plus élevés étant situés à l'extérieur. 8.- Chaudière de chauffage suivant une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les largeurs des carneaux à fumée (27-28-29-30-31-32), formés entre les canaux d'eau verticaux précités, entre eux et entre le canal d'eau (13-14) occupant la position intérieure extrême avec la bride (23-24) adjacente du canal d'eau en U renversé (19), sont égales. 9.- Chaudière de chauffage suivant une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, dans le haut, le deuxième canal d'eau précité (15-16) se termine à un niveau situé plus bas que celui du canal d'eau vertical voisin (13-14). 10.- Chaudière de chauffage suivant la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que l'ouverture ménagée entre le bord inférieur du deuxième canal d'eau (15-16) est fermée par une plaque d'étanchéité mobile (67-68). 11.- Chaudière de chauffage suivant une des revendi cations précédentes, caractérisée en ce que la distance entre le deuxième canal d'eau précité (15-16) et le canal d'eau vertical voisin (13-15) est supérieure à la distance comprise entre ce même canal d'eau (13-15) et la bride concernée (23-24) dirigée vers le bas du canal d'eau en forme de U renversé (19). 12.- Chaudière de chauffage suivant une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bord inférieur du troisième canal d'eau vertical précité (17-18) est situé à un niveau nettement supérieur à celui du deuxième canal d'eau vertical précité (15-16), la distance entre le troisième (17-18) et le deuxième (15-16) canal d'eau vertical étant au moins égale à la somme des distances comprises entre les canaux d'eau situés d'un seul côté du deuxième canal d'eau (15-16). 13.- Chaudière de chauffage suivant une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chambre dite de précipitation des poussières (57) a des dimensions calculées de telle sorte que la vitesse des gaz ascendants soit inférieure à la vitesse à laquelle les cendres volantes, la suie ou les poussières présentes dans ces gaz tombent. 14.- Chaudière de chauffage suivant une des revendications précédentes, caractérisée.en ce que des briques réfractaires (69) sont posées, en ménageant des espaces intermédiaires, sur les deux canaux d'eau (21-22) installés à côté et au-dessus du brûleur (4). 15.- Chaudière de chauffage suivant une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de nettoyage formé par des rangées de lattes horizontales (35-36-37) prenant appui sur les bords supérieurs des canaux d'eau, ces lattes (35-36-37) étant reliées l'une a l'autre par une ou plusieurs barres (38-39-40) dont une extrémité ressort à l'extérieur de la chaudière, d'où elles peuvent être manoeuvrées, tandis que, à ces lattes horizontales, des barres, des lattes, des chaînes ou éléments analogues (41 à 52) sont suspendus verticalement dans les carneaux à fumée (27) formés entre les canaux d'eau afin qu'en déplaçant les lattes horizontales précitées, on déplace également les barres, les lattes, les chaînes ou les éléments analogues verticaux précités (41 à 52) le long des parois des canaux d t eau (9 à 18). 16.- Chaudière de chauffage suivant la revendication 15, caractérisée en ce que, sur le canal d'eau en forme de U renversé (19), on prévoit des lattes ou éléments analogues (53) épousant la forme de ce canal d'eau (19), ces lattes (53) étant fixées à deux barres, chaînes ou éléments analogues suspendus vers le bas ou plus, faisant partie du dispositif de nettoyage. 17.- Chaudière de chauffage suivant la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce qu'on prévoit trois rangées de lattes horizontales, notamment une rangée (37) au-dessus de la chambre précitée de précipitation (57), les extrémités de ces lattes horizontales reposant sur les bords supérieurs des troisièmes canaux d'eau verticaux précités (17-18), ainsi que deux rangées analogues de lattes horizontales (35-36) reposant chacune sur un premier (11-12) et un troisieme (17-18) canal d'eau verticaux. 18.- Chaudière de chauffage suivant une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une porte d'accès (6) au moins à une extrémité mais, de préférence, aux deux extrémités.