Contrôle de la combustion
Le chauffage à eau chaude
Contrôle automatique du tirage
Pour les appareils de chauffage au charbon dur, ou anthracite, pourvus d'une grille mobile pour briser le mâchefer et faire tomber les cendres, le contrôle d'air délivré sous le brasier se fait par une porte à bascule au bas de la fournaise.
On munit la bouilloire d'un régulateur placé sur le dessus de la colonne d'eau et immergé dans l'eau de celle-ci. Ce régulateur est formé d'un diaphragme rempli d'un liquide très volatile dont l'expansion à une certaine température dilate le diaphragme en question.
Le mouvement de celui-ci fait jouer un bras de levier, contrebalancé par une pesée mobile, et relié par un jeu de poulies et une tige flexible qui ouvre ou ferme au besoin la prise d'air au bas de la fournaise.
Ce mécanisme augmente le tirage (draft) ou conserve le feu afin de maintenir l'eau de la bouilloire à une température constante de 180° à 200°. (Fig. 124).
Fig. 124.— Contrôle automatique du tirage au moyen d'un régulateur placé sur le dessus de la colonne d'eau au départ des tuyaux d'amenée.
Le même contrôle sert aussi à ouvrir ou fermer alternativement avec la prise d'air du bas un registre (damper) placé sur le tuyau de fumée à son départ de la bouilloire. Les manufacturiers fournissent d'ordinaire avec leurs bouilloires des raccords en fonte spéciaux munis d'un registre (check damper) sur lequel se branche le tuyau de fumée.
Toutes les chaudières à vapeur qui servent au chauffage des édifices sont munies d'un raccord avec registre pour le tuyau de fumée; cette prise d'air est reliée au moyen d'une chaînette à un régulateur avec bras de levier contrôlant le tirage lorsque la vapeur a atteint une pression de 2 lbs.
TUYAU DE FUMÉE
Le tuyau de fumée reliant la
fournaise à la cheminée est d'ordinaire fait en tôle galvanisée n° 26 pour les
tuyaux de 8" de diamètre; ils sont en tôle n° 24 pour ceux de 10", en tôle noire
n° 22 et 20 pour les tuyaux de 12" à 18" et plus.
Le tuyau de fumée doit
avoir une légère pente ascendante vers la cheminée et ne pas se prolonger à
l'intérieur de la paroi du conduit de fumée (nue). (Fig. 111).
Toutes les cheminées qui desservent les appareils de chauffage doivent être munies d'une porte à ramoner au bas (Fig. 121). Cette porte sert à dégager la cheminée de la suie qui peut s'y être accumulée à la suite d'un ramonage ou à la longue, pendant le chauffage.
De nombreuses fournaises ont fait explosion à la suite de l'expansion des gaz provenant de la combustion, et cela parce que la base de la cheminée n'était pas munie d'une porte à ramoner.
Ce phénomène s'explique par le fait que la suie, obstruant l'extrémité du tuyau dans la cheminée, les gaz refoulent vers la fournaise et explosent au contact de la flamme.
CAPACITÉ DES BOUILLOIRES; SURFACE DE CHAUFFE
La surface de chauffe comprend toutes les surfaces de métal qui sont directement en contact, d'un côté avec l'eau, et de l'autre avec la flamme des gaz provenant de la combustion et qui se dégagent du foyer.
Si l'on veut obtenir tout le pouvoir calorifique d'une bouilloire ou d'une chaudière, la surface de chauffe doit être proportionnée à la dimension, ou surface, de la grille du foyer de combustion.
Pour une chaudière à vapeur ou pour l'eau chaude, en acier, la proportion est à peu près de 35 pieds carrés de surface de chauffe pour chaque pied carré de grille.
Pour les bouilloires en fonte, ce rapport est de 15 pieds carrés de surface de chauffe pour chaque pied carré de grille.
LES GRILLES
Les grilles, pour les bouilloires en fonte — verticales ou rectangulaires—sont à peu près les mêmes.
Pour chauffer avec du charbon dur, dit anthracite, elles consistent en une série de 4 ou 5 grilles mobiles (grate bars) en fonte avec dents interposées et qui, au moyen d'une tige, sont réunies à un bras que l'on peut manœuvrer par un levier vertical à l'extérieur de la fournaise. (Fig. 125).
Fig. 125.— Grilles mobiles, dites sassantes, (grate bars) installées dans la base d'une bouilloire en fonte.
Il doit y avoir un espace de 10" à 12" au-dessous de la grille afin que les cendres et le mâchefer incandescents ne puissent venir en contact avec la grille après le sassage, et l'affaiblissent par un chauffage excessif. Il est d'ailleurs préférable de ne pas laisser de cendre s'accumuler dans la base de la fournaise.
Pour le chauffage au charbon fin (buck-wheat), ou semi-bitumineux, on emploie généra-Iment des grilles fixes (sifting grates) (Fig. 126) surtout si le brasier est activé par une soufflerie mécanique.
Fig. 126.— Grilles fixes (sifting grates) employées pour le chauffage au charbon fin (buckwheat).
Ces grilles sont coulées en
deux ou trois sections, selon le diamètre de la bouilloire, avec des fentes ou
ouvertures parallèles et de petites dimensions. Il suffit de passer un tisonnier
obliquement sur ces fentes, en préparant le feu, pour remonter le mâchefer
incandescent à la surface et permettre à l'air d'activer le nouveau combustible
que l'on place dans la fournaise.
Avant de déposer du charbon dans la
bouilloire, il est recommandé d'attirer les charbons incandescents en avant ou
sur l'un des côtés du foyer; et d'accumuler en arrière le charbon que l'on
ajoute.
Cette précaution a pour effet de conserver un léger brasier qui allumera les gaz qui se dégagent du charbon sous l'effet de la chaleur activée par la soufflerie.
Autrement, ces gaz inflammables s'accumuleraient dans le corps de la fournaise et provoqueraient une explosion au moment où la flamme, en surgissant de la masse embrasée, viendrait en contact avec eux. (Fig. 127).
Fig. 127.— Bonne disposition du charbon dans une fournaise afin d'éviter les explosions.
CONTRÔLE DE LA COMBUSTION
La quantité d'air requise pour la combustion du charbon dépend de sa composition et de la grosseur du charbon concassé.
Le manque d'air ou d'oxygène dans la combustion favorise la formation de la suie. Ce n'est en somme que du carbone non brûlé qui se dégage sous forme de noir de fumée.
Du manque d'air — et par
conséquent d'une combustion incomplète — il résulte une fumée noire et dense,
formant des dépôts de carbone sur les surfaces de chauffe et les sections de la
bouilloire. Il arrive souvent que les sections horizontales d'une bouilloire
ronde s'obstruent à cause des dépôts de carbone qui s'y accumulent ainsi après
un mois ou deux d'usage. Cette obstruction provoque des émanations d'oxyde de
carbone, un gaz toxique pour les êtres vivants et qui peut provoquer une
explosion comme nous l'avons dit plus haut.
Un excès d'air, au contraire,
absorbera la chaleur, la transportant à l'extérieur par la cheminée, ce qui
n'est pas économique.
La quantité approximative d'air requise par livre de charbon pour la combustion peut être assumée comme suit:
9.5 lbs d'air par livre
d'anthracite ;
11 lbs d'air par livre de charbon semi-bitumineux ;
10
lbs d'air par livre de charbon bitumineux ;
6.5lbs d'air par livre de
lignite.
En pratique on peut augmenter cette quantité d'air de 50% sous des conditions d'opération usuelles, l'excès d'oxygène pouvant toutefois être contrebalancé par le pourcentage de gaz carbonique (carbon dioxyde) qu'on trouve dans les résidus de la combustion.
Avec l'anthracite ou charbon dur, on utilise le tirage naturel en ouvrant à volonté la prise d'air sous la grille ou à l'aide du régulateur à diaphragme dont nous avons déjà parlé.
La combustion du charbon fin (buckwheat) ainsi que du charbon semi-bitumineux employé pour les bouilloires ou chaudières à vapeur, nécessite des cheminées d'une certaine dimension.
On peut aussi employer ce charbon pour le chauffage des habitations en utilisant une soufflerie mécanique avec contrôle automatique, dite moto-soufflerie.
CHARGEUR AUTOMATIQUE (stoker)
II se fabrique aujourd'hui, pour les appareils de chauffage d'une certaine importance, des chargeurs automatiques (stokers).
Une quantité de charbon suffisante pour 12 heures est placée dans une boîte de chargement, sorte de trémie rectangulaire (hopper), munie à sa base d'une grosse vis sans fin, qui refoule le charbon sous le brasier.
La vis sans fin est commandée par une série d'engrenages à réduction mis en mouvement par un moteur électrique qui anime en même temps une soufflerie fournissant l'air requis pour activer la combustion. (Fig. 128).
Fig. 128.— Chargeur automatique (stoker) pour bouilloire ou fournaise de maison.
Il y a aussi des chargeurs mécaniques munis d'une vis qui va chercher le charbon directement dans les soutes. Avec ces appareils il n'y a donc pas de travail pour le chargement du charbon.
SOUFFLERIE MÉCANIQUE À PROPULSEUR D'AIR
Le propulseur d'air (blower), qu'on appelle aussi soufflerie mécanique, se compose d'un éventail centrifuge qui amène l'air en quantité voulue sous la grille du foyer de la bouilloire pour activer le feu. (Fig. 129).
Fig. 129.— Moto-soufflerie (blower) servant à activer le feu dans les fournaises alimentées au charbon fin.
La soufflerie est mue par un moteur électrique de 1/4 à 3/4 de force, commandé par un aquastat que l'on place d'ordinaire à proximité de la bouilloire sur le tuyau d'amenée et qui est réglé à un maximum de 120° à 200° de chaleur selon la température extérieure.
L'aquastat est un dispositif de contrôle thermostatique de la température de l'eau et qui fonctionne automatiquement dans un système de chauffage à eau chaude. Il en existe deux sortes: l'aquastat de surface et l'aquastat à immersion.
L'aquastat de surface est muni d'un élément constitué presque toujours d'un petit diaphragme en accordéon rempli d'une substance volatile qui le rend très sensible à la moindre variation de température.
Le refroidissement amène une contraction de ce diaphragme qui, à son tour, fait basculer une ampoule en verre contenant du mercure, lequel met en contact deux électrodes communiquant le courant au moteur électrique de la soufflerie, du chargeur automatique, ou du brûleur à l'huile, selon le cas.
L'aquastat par immersion est muni d'un tube métallique contenant une partie du liquide volatile qui exerce une action directe sur le diaphragme. Plongeant dans l'eau de la bouilloire, ce tube rend l'appareil plus sensible et plus précis.
Tous les aquastats sont munis d'une manette que l'on fixe à volonté au degré de chaleur voulue.
L'aquastat est aussi employé pour commander te moteur de la pompe dans un système à circulation forcée. On le place d'ordinaire sur la surface du tuyau de retour de la bouilloire.
Dans ce cas, il sert à mettre la pompe en opération ou à la maintenir arrêtée tant que l'eau contenue dans le tuyau de retour n'a pas atteint un degré de chaleur correspondant à 5° plus bas que le degré déterminé par l'aquastat de la soufflerie ou du brûleur à l'huile.
Ce dernier aquastat est placé au départ du maître-tuyau d'amenée, dont la température de l'eau est susceptible de monter de 5°, ce qui laisse un écart de 10° entre la température de l'eau à son départ de la bouilloire et celle de son retour à la bouilloire.
LES COUPS DE GRISOU
Dans le mode de chauffage au charbon avec moto-soufflerie et contrôle automatique, la combustion dépend plus de la qualité du charbon et de la manière dont le brasier est disposé que du combustible qu'on place dans la fournaise.
En plus de la propulsion de l'air fourni par le souffleur au foyer, il faut tenir compte du tirage de la cheminée. Celle-ci est un élément important du chauffage. En effet, lorsque la moto-soufflerie est au repos, la cheminée subit l'influence directe du vent, et la direction de celui-ci peut être favorable ou non au tirage.
Nous avons que la combustion résulte d'une combinaison chimique entre l'oxygène de l'air, le carbone et autres substances que contient le charbon.
Il faut, de toute façon, que les gaz qui se dégagent du charbon s'enflamment; sinon ces gaz, en s'accumulant à l'intérieur du foyer ou de la chambre de combustion de la fournaise, se mélangent à l'oxygène de l'air, deviennent extrêmement inflammables et provoquent à un moment donné une explosion similaire aux coups dé grisou qui se produisent parfois dans les mines de charbon.
C'est afin de prévenir des accidents de ce genre que les portes du foyer de toute fournaise ou bouilloire sont munies d'une tirette, ou d'un papillon, qui servent à fournir un courant d'air secondaire pour compléter la combustion des gaz au-dessus du brasier.
CHARGE DE CHARBON — MÂCHEFER
Lorsqu'on ajoute du charbon sur le brasier de la fournaise, on doit toujours amener le charbon ardent vers l'avant de la grille, retirer le mâchefer ou les scories provenant du charbon consumé, et déposer le nouveau charbon à l'arrière; on ne doit jamais recouvrir entièrement le feu.
De toute nécessité, il faut laisser une portion de charbon incandescent pour allumer les gaz se dégageant du nouveau charbon et qui se mélangent à l'oxygène de l'air admis au-dessus du foyer. (Fig. 127).
Si la moto-soufflerie est en marche lorsque l'on veut ajouter du charbon, il est préférable de couper le circuit, afin d'éviter les émanations de gaz carbonique provenant de la combustion.
Comme nous venons de le dire, après que le charbon aura été déposé à l'arrière du foyer — en quantité suffisante pour répondre au besoin du chauffage — on laissera à l'avant une portion du brasier ardent, afin que la flamme qui s'en dégage puisse consumer les gaz.
Ensuite, on met la soufflerie en marche en recalant le coupe-circuit.
Quand la moto-soufflerie est au repos, sous l'effet de l'aquastat ou contrôle automatique, on met le propulseur d'air temporairement en marche en utilisant le commutateur auxiliaire placé sur la boîte du coupe-circuit. Ce commutateur doit être muni d'une petite lampe rouge que l'on laisse allumée durant quelques minutes seulement.
La lampe est rouge précisément pour indiquer qu'il y aurait danger de laisser le contact direct sur la soufflerie, hors du contrôle de l'aquastat.
Il ne faut pas oublier de fermer le commutateur auxiliaire lorsque la flamme recouvre le charbon fraîchement ajouté, autrement le moteur électrique fonctionnerait indéfiniment et ferait surchauffer la bouilloire qui risquerait ainsi de sauter.
D'ordinaire, la charge de nouveau charbon accapare la chaleur du brasier dont la température, ainsi que celle de l'eau de la bouilloire, se trouve légèrement abaissée. Peu après, l'aquastat rétablit de lui-même le contact afin de remonter la température au degré voulu.
Il arrive parfois que l'eau de la bouilloire étant suffisamment chaude et la température de l'habitation assez élevée, la moto-soufflerie cesse de fonctionner peu de temps après que l'on a déposé du charbon dans le foyer. Le feu, n'ayant pas eu le temps d'embraser le dessus de la charge, couve sous un amas de charbon frais.
Quelques heures plus tard, avec l'abaissement de la température, la soufflerie est mise en marche par son aquastat, fournissant l'oxygène nécessaire aux gaz carboniques qui s'étaient accumulés dans le foyer.
Faute de charbon incandescent à un point quelconque de la surface du brasier pour les enflammer, ces gaz, en se réchauffant, s'enflamment subitement et provoquent un coup de grisou.
Pour éviter des suites graves à ces coups de grisou, la porte du foyer — ainsi que la porte servant à nettoyer les sections, dans le cas d'une bouilloire ronde, et les carneaux pour une fournaise rectangulaire — doivent, cela va de soi, être pourvues d'une gâche qui les maintient fermées.
Mais cette gâche doit être disposée de manière que les portes ouvrent d'elles-mêmes sous l'effet de la dilatation des gaz enflammés, afin d'éviter des bris à la fournaise.
On munit quelquefois les gonds d'un ressort en spirale qui permet à la porte de se refermer d'elle-même après l'explosion violente des gaz. (Fig. 130).
Fig. 130.— Porte de fournaise dont la gâche (A) a été limée afin de lui permettre de s'ouvrir facilement s'il se produisait un coup de grisou à l'intérieur, et pourvue de ressorts (B) qui la fermeront automatiquement après.
Sous l'effet d'un coup de grisou, si les portes ouvrent difficilement, elles sont souvent projetées à plusieurs pieds de distance.
Il arrive aussi que le tuyau de fumée se détache et tombe, ou que le dessus de la fournaise se déplace dans le cas d'une bouilloire verticale ; dans chaque cas, le gaz carbonique qui se dégage du brasier se répand dans l'habitation et peut provoquer l'asphyxie, et souvent la mort de ses occupants.
Le tuyau de fumée doit toujours être assujetti à la fournaise avec des rivets qui servent à le maintenir solidement en place, permettant à l'expansion des gaz d'atteindre la cheminée en cas d'explosion.
Aucune clef ne doit être placée dans ce tuyau, toute clef étant susceptible de se fermer à la suite d'un retour d'air dans la cheminée, et de provoquer par là un coup de grisou.
De même, aucun tuyau de poêle ne doit être branché sur le tuyau d'une fournaise susceptible de subir les effets d'une explosion, ou coup de grisou.
