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pour PERFECTIONNEMENTS AUX ECHANGEURS DE CHALEUR.
La présente invention concerne les échangeurs de cha- leur et les procèdes d'exploitation de ces appareils, et l'invention se rapporte plus particulièrement aux appareils et aux procédés d'exploitation spécialement prévus pour effectuer un transfert de chaleur entre un gaz et un li- quide, comme par exemple dans les économiseurs utilisés pour chauffer l'eau d'alimentation de chaudières.
La présente invention a pour objet un échangeur de cha- leur et un procédé d'exploitation de cet échangeur grâce auquel on obtient une construction compacte et peu coûteuse, qui peut être rapidement et facilement installée et réparée, de grande capacité :$et de fonctionnement efficace, et qui
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peut être utilisée dans des conditions très variables d'écoulement des gaz et des fluides.
A cet effet, la. présente invention comprend un échan- geur de chaleur dans lequel on a pris des dispositions pour la distribution appropriée de l'écoulement du li- quide dans son passage à travers l'appareil. Cet échan- geur comporte plusieurs sections reliées en série, cha- que section étant constituée par une paire de collecteurs et plusieurs tubes à travers lesquels le liquide coule parallèlement. Une caractéristique de l'invention est relative à une -construction par laquelle le liquide est . distribué de manière pratiquement égale entre tous les tubes de la section.
Dans la forme préférée de l'inven- tion, ce résultat s'obtient en disposant l'ehtrée et la sortie d'une section en des points diagonalement oppo- sées de cette section, afin que la longueur du trajet d'écoulement de l'entrée à la sortie à travers un tube quelconque soit égale au trajet à travers un autre tube quelconque. La résistance à l'écoulement offerte par tous les trajets dans une section est en conséquence pratiquement égale, et on obtient une division et un écoulement pratiquement égaux du liquide.
Lorsque l'appareil possède des dimensions telles que la résistance des sections montées en série est grande, l'invention comprend la division des sections en plu- sieurs branchements ou trajets, possédant une arrivée et une décharge commune, de sorte que le liquide coule en parallèle à travers les branchements ou trajets séparés.
Pour assurer le fonctionnement le plus efficace de l'économiseur, il faut non seulement que la vitesse
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d'écoulement à travers les divers branchements ou trajets soit pratiquement la même., mais aussi que chaque branche- ment soit soumis au même effet de chauffage. La première condition est réalisée du fait que les trajets ou bran- chements sont semblables ou symétriques les uns par rap- port aux autres, de sorte qu'on obtient de mêmes camacités et de mêmes résistances. La deuxième condition est réali- sée en disposant les trajets ou branchements de manière' que chacun traverse à peu près les mêmes parties des gaz chauffés que, tous les autres trajets.
Une autre caractéristique de l'invention est relative à la suppression d'une circulation interne de oonveotion et cet avantage est assuré en augmentant la vitesse da certains points dans chaque branchement ou trajet, mais sans augmenter la vitesse à travers les parsies prinoi-' pales des branchements., ni augmenter de manière inadmissi- ble leur résistance.. Cette augmentation de vitesse en ces points empêche tout renversement d'écoulement avec des forces de convection relativement faibles.
Ceci est une caractéristique avantageuse car elle permet d'employer l'économiseur avec un courant descendant d'eau et un cou- rant ascendant de gaz, aussi bien qu'avec un courant de\.-'.. ascendant deau et un courant descendant de gaz,
D'autres caractéristiques de l'invention sont rela- tives à des détails de construction, de combinaison et de disposition des parties, et seront explicitement décrites dans ce qui va suivre,
Les dessins ci-jointe représentent ce qubn peut consi- dérer comme le mode d'exécution préféré de l'invention dans son application à un économiseur destiné au chauffage'
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de l'eau d'alimentation de chaudières.
La fig. 1 est une vue latérale d'une unité de l'éco- nomiseur, une partie de l'enveloppe étant arrachée.
La fig. 2 est une coupe horizontale d'une section séparée de l'économiseur.
La fig. 3 est une vue de bout schématique en coupe et montre la disposition des sections dans 1'enveloppe ou carter.
La fig. 4 est une vue de détail en élévation laté- rale et montre une variante de la disposition des sections.
La fig. 5 est une vue de bout de l'appareil représen- té sur la fig. 4.
Le mode d'exécution représenté comprend un économi- seur pourvu de plusieurs sections horizontales à travers lesquelles l'eau passe à la chaudière et sur lesquelles les gaz chauds de la chaudière passent pour chauffer l'eau. L'enveloppe de l'économiseur est disposée au- dessus de la chaudière, les gaz s'élevant à tavers l'éco- nomiseur et l'eau descendant à travers ce dernier à contre ,courant des gaz.
Dans la fig. 3, l'enveloppe ou carneau pour les gaz comprend plusieurs sections déconomiseur 8, chaque section comprenant un collecteur avant ou antérieur ho- rizontal, un collecteur arre ou postérieur horizontal, et plusieurs tubes ou tuyaux horizontaux, ainsi que dé- crit en détail dans ce qui va suivre. Les sections B, qui sont au nombre de vingt dans l'exemple représenté, sont disposées en cinq groupes ou unités 10, de quatre sections chacun; les espaces entre les unités sont disposés pour recevoir des jeta de vapeurs 12 employés comme souffleurs
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de suie ou nettoyeurs* Un conduit de détour 14 est racoor- dé dans le fond de l'enveloppe pour assurer la, dérivation d'une partie des gaz chaude, suivant les besoins* et le passage par le conduit de détour est commandé par des registres 16.
L'eau est admise à la section supérieure et descend à travers les vingt sections pour être déchargée à la base dans la. chaudière.
En se reportant aux fige 1 et 2, on voit que chaque section comprend plusieurs tubes horizontaux 18, de pré- férenoe en acier pour résister aux fortes pressions em- ployées dans les chaudières modernes, et ces tubes sont. reliés par leurs extrémités aux collecteurs horizontaux 20 et 22.Ainsi que représentésur la fige 2, chaque section comprend neuf tubes.
Chaque tube est pourvu sur sa surface externe, sur l'ensemble de sa longueur, de dis- ques ou ailettes espacés 24, pour augmenter la capacité. de transfert de chaleur de 1-'appareil. Les disques sont de préférence fixés sur le tube en faisant passer un outil de dilatation ou mandrin à travers le tube.. pendant que les disques sont maintenus, espacés à intervalles appro- priés le long du tube. Ohaque tube est ensuite révéla à l'intérieur et à l'extérieur d'un revêtement de plomb pour résister à la corrosion interne et externe.
Les sections sont portées dans l'enveloppe par des fers carnières @@@fers d'angle 26, qui sont fixés aux côtés de l'enveloppe et sur lesquels les extrémités des collecteurs reposent. Un support intermédiaire pour le milieu de chaque section comprend un fer en U 28 fixé à tous les tubes de la section par des colliers 30. Le fer en U s'engage, ainsi que représenté sur la fig. 1, avec le tube proprement dit et non pas avec le conduite Les
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extrémités du fer en Ureposent sur les fers cornières 26.
On peut monter ou enlever une seule section en la faisant glisser le long de sa paire de supports en fers cornières.
Ainsi qu'on l'a représenté, les tubes ne sont pas disposés symétriquement par rapport aux extrémités des collecteurs. La distance entre les extrémités des collec- teurs et le tube 18a sur un coté de la section est plus grande que la distance entre les extrémités des collec- teurs et le tube 18b situé sur l'autre coté de la section, Ces distances sont représentées en A et B sur la fige 2.
La distance B est, dans la forme préférée, approximative- ment égale à la distance sur la ligne des centres entre des tubes situés dans la même rangée horizontale, et la distance A est plus grande que B d'une moitié de la dis- tance entre les tubes suivant la ligne des centres. En conséquence, on se rend compte que si des sections alter- nées sont inversées, c'est-à-dire retournées, soit bout à bout, soit sens dessus dessous (mais non pas des deux ma- nières à la fois), avec les extrémités de leurs collecteurs en alignement, les tubes sont décalés verticalement, ainsi que représenté sur la. fige 3.
Pour que les liaisons ou raccords entre collecteurs puissent être disposés verticalement, les ouvertures d'en- trée et de sortie des collecteurs doivent être établies à des distances égales des extrémités des collecteurs. Par exemple le collecteur 20 comporte une ouverture d'entrée 31 et le collecteur 22 une ouverture de sortie 32, les centrea de ces deux ouvertures étant disposés à la même dis- tance A de l'extrémité du collecteur. L'ouverture est donc disposée juste en face du tube 18a, mais l'ouverture 32 du collecteur opposé se trouve par son centre entre le tube 18b et le tube adjacent.
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Les ouvertures 31 et 32, qui assurent les liaisons entre les sections, sont disposées en des coins diagona- le ment opposés de la section, l'ouverture 31 se trouvant à une extrémité du collecteur 20 et l'ouverture 62'se trouvant à l'extrémité opposée du collecteur 880 Cette disposition en diagonale de l'entrée et de la sortie fait que toute l'eau passant à travers la section accom- plit la même longueur de trajet., c'est-à-dire, en suppo- sant que Couverture 31 soit une entrée et l'ouverture
32 une sor tie, la longueur totale de tout trajet de, l'eau de l'entrée à la sortie sera égale à la longueur d'un tube plus la longueur d'un collecteur.
Les lon- gueurs de tous les chemins possibles de passage à tra- vers une section étant égales, les résistances de l'é- coulement parallèle sont pratiquement égales, et on ' assure une division égale de l'eau à travers tous les' tubes de la section.
Pour pouvoir fixer les extrémités des tubes dans le collecteurs;, chaque collecteur est pourvu en face des ouvertures des tubes, d'ouvertures d'insertion d'outils qui sont ensuite-fermées par des tampons 34. L'outil employé est de préférence un mandrin rotatif pourvu .d'un arbre flexible pour permettre de traiter les tubes situé prs des ouvertures d'entrée et de sortie 31.
De l'eau est admise à la section supérieure par un tuyau d'admission 36, et les liaisons entre-les sections sont constituées par des coudes de retour 38. Ainsi'que représenté sur la figé 1, la, section supérieure possède un.collecteur avant 20, auquel le coude d'entrée 36 est boulonné, et un collecteur arrière 22 auquel -le coude de
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retour 38 est relié pour permettre le passage de l'eau à la section inférieure suivante. Cette section suivante comprend un collecteur arrière 20 et un collecteur avant 22, et est semblable à la première section sauf qu'elle est retournée, de sorte que l'entrée de la deuxième section se trouve direc- tement sous la sortie des sections supérieures.
Les troisième, et quatrième sections sont respectivement identiques à la pre- mière et à la deuxième sections. En conséquence dans chaque cas le collecteur type 20 comprend un collecteur d'entrée et le type 22 forme le collecteur de sortie pour une section donnée quelconque.
L'unité supérieure, qui se compose de quatre sections, est reliée à l'unité inférieure suivante par un long coude 40. Les autres sections et unités de l'économiseur sont re- liées de manière semblable, et une liaison appropriée part de l'arrière de la section inférieure pour conduite l'eau d'ali- mentation à 1a chaudière.
Dans certains cas où il est nécessaire de prévoir un économiseur de longueur horizontale considérable ou de hauteur verticale considérable, afin d'effectuer le transfert do cha- leur nécessaire, l'appareil ci-dessus décrit introduit une résistance hydraulique trop élevée pour pouvoir être surmontée économiquement par la pompe d'alimentation. En pareil cas la présente invention prévoit la disposition des sections pour plusieurs trajets de passage parallèles. Cette disposition est représentée sur les figé 4 et 5 dans lesquelles un écono- miseur comportant un même nombre de sections est disposé de manière que l'eau se divise et coule en deux branches ou trajets parallèles.
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Dans le groupe de quatre sections représenté sur le s figs. 4 et 5, l'eau est admise par le raccord d'alimenta- tion 60 qui divise l'eau suivant deux chemins ou trajets coulant vers les tés 52 et 54 et de là dans les tuyaux descendant 56 et 58, respectivement. On se sert'du raccord à té pour disposer de brides 59 servant à monter des soupapes de sûreté. Le tuyau 66 comprend un tuyau' d'admission semblable à l'admission 36 de la construction à trajet angulaire ci-dessus décrite. Ce tuyau pénètre dans une section supérieure qui possède un collecteur avant 20 et un collecteur arrière 22.
La section infé- rieure suivante est reliée au tuyau d'entrée 58 sur le côté opposé de l'appareil. Cette section comprend elle aussi un collecteur avant 20 et un collecteur arrière 22, mais tous deux retournés sens dessus dessous par rapport à la section supérieure afin que les tubes puissent être décalés ainsi que représenté distinctement sur la fig.5.
Le troisième circuit est exactement semblable à cette section' supérieure et est relié à la section sapé. rieure sur carrière par 'un tuyau 60. La deuxième section est reliée à la quatrième sur l'arrière par un tuyau' 52.
De même des liaisons 64 et 66 mènent respectivement des' troisième et quatrième section sur l'avant de ces sections à la cinquième et la sixième section formant une partie du deuxième groupe.
Ainsi qu'indiqué par les flèches sur la fige 4, l'eau se divise en deux branches ou trajets, dont l'un comprend ' la première section, la troisième section,, etc.. et l'autre la deuxième section, la quatrième section,, etc...' de
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@ l'économiseur. Les deux trajets se réunissent sur l'avant de l'économiseur dans une décharge commune 68 située à la base. Pour un même nombre de tubes et de sections et en conséquence une même surface de chauffe, cet économiseur possède une résistance totale qui n'est que le quart de celle de l'économiseur à un seul trajet ou en série des fig. 1 et 2.
Il faut noter que cas deux trajets sont sem- blables ou symétriques l'un par rapport à l'autre, et qu'ils comportent le même nombre de sections, de tubes et de liaisons, le tout disposé de même manière, de sorte que les capacités et les résistances des deux trajets sent pra- tiquement identiques, en assurant le mené écoulement à travers chacun d'eux. De plus, chaque trajet traverse les mêmes parties du conduit en courant de gaz, de sorte que chacun est soumis au même effet de chauffage.
De cette manière, la première et la troisième sections de chaque groupe, qui flont partie du trajet pénétrant par le branchement 52 et la liaison 56, s'étendent entièrement en travers du courant de gaz. De manière semblable les sections deux et quatre de chaque groupe, qui sont compri- ses dans le deuxième trajet d'écoulement entrant par les liaisons 54 et 58, s'étendent entièrement en travers de ce courant. En conséquence, quelle que soit la stratification qui peut exister dans le courant de gaz, les sections de chaque trajet, étant également exposées à ce courant, sont affectées de manière égale, de sorte que les deux trajets sont soumis à des effets de chauffage pratiquement identi- ques.
Le fait que les sections d'un trajet sont plus rap- prochées de l'entrée des gaz que les sections de l'autre
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@ trajet n'a pas nécessairement pour résultat un effet de chauffage plus intense sur le premier trajet. Non seulf- ment cette différence de position est très faible, mais en fait la température du gaz frappant les tubes de sections - adjacentes est pratiquement la même. Ceci est évident si on réfléchit qu'aucune section n'est exposée à la chaleur' rayonnante du foyer,, mais seulement aux gaz d'échappement chauds, et que ces gaz ne subissent de réduction de tempe- .rature que par contact avec les tubes d'économiseurs.
Comme les tubes sont décalés, les tubes de la section, supérieure de chaque paire de sections, en commençant par en base sont balayés par des gaz qui ont passé entre les tubes de la section inférieure sans perte de température. En conséquen- ce chaque paire de sections adjacentes, bien que se trou- vent dans des trajets différents et à des hauteurs quelque peu différentes dans l'économiseur, reçoit pratiquement les mêmes quantités de chaleur.
Il en résulte que l'effi., cacité maximum est assurée en fonctionnement et qu'on supprime le risque do courants de convection internes, dûs à des températures inégales dans les deux trajets,,
Il faut aussi noter que la communication d'un collec- teur à l'autre se fait au moyen d'un seul tuyau ou coude, qui, bien que de diamètre plus fort que les tubes indivi- duels, est beaucoup plus petit en section transversale que l'aire de section transversale totale des tubes des sec- tions, de préférence moins que la moitié.
Comme toute l'eau d'une section doit passer à travers une seule liaison ou communication, il en résulte que la vitesse d'écoulement à travers cette communication est,, de manière correspon- dante, plus élevée qu'à travers les tubes, de préférence
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au moins doub le. Cette vitesse accrue empêche efficacement toute tendance dans l'un ou l'autre trajet à l'inversion de sa direction et à l'écoulement vers le haut sous l'ac- tion de convection, qui est nécessairement faible car elle est basée sur la différence de poids de l'eau dans les deux chemins, due à la différence de température.
Comme le=! parties principales des trajets sont composées des tubes en parallèle, avec une faible résistance et une faible vitesse correspondantes, la pompe n'a à fournir qu'une très faible quantité de travail additionnel.
On se rend compte que l'invention permet d'assurer une distribution pratiquement uniforme de l'eau en tous les pointe où se produisent des écoulements parallèles. En conséquence, dans une section quelconque une distribution d'eau pratiquement égale est assurée entre les tubes, et lorsqu'on se sert de la construction à branchements d'écou- lement parallèles, l'eau est au:si forcée de se diviser en deux quantités pratiquement égales passant par les branches séparées, et est soumise à un chauffage pratiquement égal dans chaque branche. On s'assure ainsi, que l'écoulement d'eau soit ascendant ou descendant, un fonctionnement de l'économiseur à rendement élevé et un transfert maximum de chaleur en tous temps.
L'économiseur représenté sur les fig. 4 et 5 comprend deux ')ranches d'écoulement parallèles, mais ilpeut évi- demment comprendre un plus grand nombre de branchements, si on désire réduire la re@@ stance totale à une valeur plus faible. En pareil cas, les branchements séparés comprennent chacun le même nombre de sections disposées et agencées pour soumettre l'eau de chaque branchement à peu près au même effet de chauffage.
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Dans le mode d'exécution représenté, les tubes sont pourvus d'ailettes sur leurs surfaces externes afin d'a- grandir la surface exposée au gaz et de faciliter ainsi le transfert de chaleur du gaz au tube. Mien que oette disposition ne représente pas une caractéristique essen- tielle de l'invention, elle est avantageuse, car elle permet de transférer la même quantité de chaleur à un @ volume d'eau donné dans un temps beaucoup plus courte de façon non seulement à réduire les dimensions de l'écono- miseur pour un rendement donnée et à réduire demanièrs correspondante la résistance interne et en conséquence le travail exigé de la pompe, mais aussi à augmenter la vitesse d'écoulement à travers les tubes et les liaisons.
Cette vitesse accrue à travers l'ensemble de l'économi- seur, en aidant à l'augmentation locale de la vitesse dans les liaisons ou coudes entre les sections, par suite de leur section transversale relativement plus faible, éloigne encore la possibilité de renversement de l'écou- lement à travers ces liaisons ou coudes,et oontribue , encore au bon fonctionnement effectif de l'économiseur à' courant d'eau descendant.
La présente invention a été décrite et représentée ' dans son application à un économiseur comprenant Plusieurs sections disposées verticalement et possédant des tubes horizontaux établis dans un carneau em conduit de gaz verticale mais il est évident que de nombreuses carac- téristiques de la présente invention sont également appli. câbles aux types usuels d'économiseurs dans lesquels les séries de sections et le carbeau sont disposés horizonta- lement .
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for IMPROVEMENTS TO HEAT EXCHANGERS.
The present invention relates to heat exchangers and operating methods of such apparatus, and the invention relates more particularly to operating apparatus and methods specially provided for effecting heat transfer between a gas and a liquid. - quide, as for example in economizers used to heat boiler feed water.
The object of the present invention is a heat exchanger and a method of operating this exchanger, thanks to which a compact and inexpensive construction is obtained, which can be quickly and easily installed and repaired, of high capacity: $ and of operation. efficient, and who
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can be used under widely varying gas and fluid flow conditions.
For this purpose, the. The present invention comprises a heat exchanger in which provision has been made for the proper distribution of the flow of the liquid as it passes through the apparatus. This exchanger has several sections connected in series, each section being constituted by a pair of collectors and several tubes through which the liquid flows in parallel. A characteristic of the invention relates to a -construction by which the liquid is. distributed almost evenly among all the tubes in the section.
In the preferred form of the invention this is achieved by arranging the inlet and outlet of a section at diagonally opposite points in that section so that the length of the flow path of the section is The entry to exit through any tube equals the path through any other tube. The resistance to flow offered by all paths in a section is therefore substantially equal, and substantially equal division and flow of the liquid is obtained.
When the apparatus has such dimensions that the resistance of the sections connected in series is large, the invention comprises dividing the sections into several branches or paths, having a common inlet and a common discharge, so that the liquid flows in. parallel through branch or separate paths.
To ensure the most efficient operation of the economizer, it is not only necessary that the speed
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flow through the various branches or paths is practically the same, but also that each branch is subjected to the same heating effect. The first condition is fulfilled owing to the fact that the paths or connections are similar or symmetrical with respect to each other, so that the same camacities and the same resistances are obtained. The second condition is achieved by arranging the paths or branches so that each passes through approximately the same portions of the heated gases as all the other paths.
Another feature of the invention relates to the suppression of an internal circulation of oonveotion and this advantage is ensured by increasing the speed of certain points in each branch or path, but without increasing the speed through the main parsies. connections., nor inadmissibly increase their resistance. This increase in speed at these points prevents any reversal of flow with relatively low convection forces.
This is an advantageous feature because it allows the economizer to be used with a downdraft of water and an upflow of gas, as well as with an upflow of water and a downdraft. gas,
Other characteristics of the invention relate to details of construction, combination and arrangement of the parts, and will be explicitly described in what follows,
The accompanying drawings show what may be considered the preferred embodiment of the invention in its application to an economizer for heating.
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boiler feed water.
Fig. 1 is a side view of an economizer unit with part of the casing broken away.
Fig. 2 is a horizontal section through a separate section of the economizer.
Fig. 3 is a schematic end view in section and shows the arrangement of the sections in the casing or housing.
Fig. 4 is a detail side elevational view and shows an alternative arrangement of the sections.
Fig. 5 is an end view of the apparatus shown in FIG. 4.
The illustrated embodiment comprises an economizer provided with several horizontal sections through which the water passes to the boiler and over which the hot gases from the boiler pass to heat the water. The economizer casing is arranged above the boiler, the gases rising to the economizer and the water going down through the latter against the gas stream.
In fig. 3, the casing or flue for the gases comprises several economiser sections 8, each section comprising a horizontal front or anterior manifold, a horizontal rear or posterior manifold, and several horizontal tubes or pipes, as described in detail in what will follow. The sections B, which are twenty in number in the example shown, are arranged in five groups or units 10, of four sections each; the spaces between the units are arranged to receive jets of vapors 12 used as blowers
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of soot or cleaners * A bypass duct 14 is connected to the bottom of the casing to ensure the bypass of a part of the hot gases, as required * and the passage through the bypass duct is controlled by registers 16.
Water is admitted to the upper section and descends through the twenty sections to be discharged at the base into the. boiler.
Referring to Figs 1 and 2, it will be seen that each section comprises several horizontal tubes 18, preferably made of steel to withstand the high pressures employed in modern boilers, and these tubes are. connected by their ends to the horizontal collectors 20 and 22. As shown in fig 2, each section comprises nine tubes.
Each tube is provided on its outer surface, along its entire length, with spaced discs or fins 24, to increase capacity. heat transfer unit from 1-unit. The discs are preferably secured to the tube by passing an expansion tool or mandrel through the tube, while the discs are held, spaced at appropriate intervals along the tube. Each tube is then coated inside and out with a lead coating to resist internal and external corrosion.
The sections are carried in the casing by angle irons 26, which are attached to the sides of the casing and on which the ends of the manifolds rest. An intermediate support for the middle of each section comprises a U-shaped iron 28 fixed to all the tubes of the section by collars 30. The U-shaped iron engages, as shown in FIG. 1, with the tube itself and not with the pipe The
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ends of the U-bar rest on the angle irons 26.
A single section can be mounted or removed by sliding it along its pair of angle iron supports.
As has been shown, the tubes are not arranged symmetrically with respect to the ends of the collectors. The distance between the ends of the manifolds and the tube 18a on one side of the section is greater than the distance between the ends of the manifolds and the tube 18b located on the other side of the section. These distances are shown in A and B on fig 2.
The distance B is, in the preferred form, approximately equal to the distance on the line of centers between tubes in the same horizontal row, and the distance A is greater than B by one half of the distance between the tubes following the line of centers. Consequently, one realizes that if alternating sections are reversed, that is to say turned over, either end to end or upside down (but not in both ways at the same time), with the ends of their collectors in alignment, the tubes are offset vertically, as shown in. freeze 3.
So that the connections or fittings between collectors can be arranged vertically, the inlet and outlet openings of the collectors must be established at equal distances from the ends of the collectors. For example, the collector 20 comprises an inlet opening 31 and the collector 22 an outlet opening 32, the centers of these two openings being arranged at the same distance A from the end of the collector. The opening is therefore arranged just in front of the tube 18a, but the opening 32 of the opposite manifold is located by its center between the tube 18b and the adjacent tube.
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The openings 31 and 32, which provide the connections between the sections, are arranged at diagonally opposite corners of the section, the opening 31 being at one end of the manifold 20 and the opening 62 'being at the bottom. opposite end of manifold 880 This diagonal arrangement of inlet and outlet causes all water passing through the section to follow the same path length, i.e., assuming if Cover 31 is an entrance and the opening
32 an outlet, the total length of any path of, water from inlet to outlet will be equal to the length of a tube plus the length of a header.
The lengths of all possible paths of passage through a section being equal, the resistances of the parallel flow are practically equal, and an equal division of the water through all the tubes is ensured. of the section.
In order to be able to fix the ends of the tubes in the manifolds; each manifold is provided opposite the openings of the tubes with tool insertion openings which are then closed by buffers 34. The tool used is preferably a rotary mandrel provided with a flexible shaft to allow processing of the tubes located near the inlet and outlet openings 31.
Water is admitted to the upper section through an inlet pipe 36, and the connections between the sections are constituted by return elbows 38. As shown in Fig. 1, the upper section has a. front manifold 20, to which the inlet elbow 36 is bolted, and a rear manifold 22 to which the elbow of
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return 38 is connected to allow passage of water to the next lower section. This next section includes a rear manifold 20 and a front manifold 22, and is similar to the first section except that it is turned upside down so that the inlet of the second section is directly below the outlet of the upper sections.
The third and fourth sections are respectively identical to the first and the second sections. Accordingly in each case type manifold 20 includes an inlet manifold and type 22 forms the outlet manifold for any given section.
The upper unit, which consists of four sections, is connected to the next lower unit by a long elbow 40. The other sections and units of the economizer are connected in a similar manner, and a suitable connection starts from there. back of the lower section for conducting feed water to the boiler.
In certain cases where it is necessary to provide an economizer of considerable horizontal length or of considerable vertical height, in order to effect the necessary heat transfer, the apparatus described above introduces a hydraulic resistance too high to be able to be overcome. economically by the feed pump. In such a case the present invention provides for the arrangement of the sections for several parallel passageways. This arrangement is shown in figs 4 and 5 in which an economiser comprising the same number of sections is arranged so that the water is divided and flows in two branches or parallel paths.
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In the group of four sections shown in s figs. 4 and 5, water is admitted through supply fitting 60 which divides the water along two paths or paths flowing to tees 52 and 54 and from there to down pipes 56 and 58, respectively. The tee fitting is used to provide flanges 59 for mounting relief valves. Pipe 66 includes an inlet pipe similar to inlet 36 of the angular path construction described above. This pipe enters an upper section which has a front manifold 20 and a rear manifold 22.
The next lower section is connected to the inlet pipe 58 on the opposite side of the apparatus. This section also includes a front manifold 20 and a rear manifold 22, but both turned upside down with respect to the upper section so that the tubes can be offset as distinctly shown in Fig.5.
The third circuit is exactly like this upper section and is connected to the undermined section. higher on quarry by a pipe 60. The second section is connected to the fourth at the rear by a pipe 52.
Likewise links 64 and 66 lead respectively from the third and fourth section on the front of these sections to the fifth and sixth section forming part of the second group.
As indicated by the arrows on fig 4, the water divides into two branches or paths, one of which comprises the first section, the third section, etc. and the other the second section, the fourth section ,, etc ... 'of
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@ the economizer. The two paths meet on the front of the economizer in a common landfill 68 located at the base. For the same number of tubes and sections and consequently the same heating surface, this economizer has a total resistance which is only a quarter of that of the economizer with a single path or in series of FIGS. 1 and 2.
It should be noted that in the case of two paths are similar or symmetrical with respect to each other, and that they have the same number of sections, tubes and links, all arranged in the same way, so that the capacitances and resistances of the two paths feel almost identical, ensuring the duct flow through each of them. In addition, each path passes through the same parts of the gas flow conduit, so that each is subjected to the same heating effect.
In this way, the first and third sections of each group, which form part of the path entering through branch 52 and link 56, extend entirely across the gas stream. Likewise sections two and four of each group, which are included in the second flow path entering through links 54 and 58, extend entirely across that flow. Accordingly, regardless of the stratification that may exist in the gas stream, the sections of each path, also being exposed to this current, are affected equally, so that both paths are subjected to virtually heating effects. identical.
The fact that the sections of one path are closer to the gas inlet than the sections of the other
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@ trip does not necessarily result in a more intense heating effect on the first trip. Not only is this difference in position very small, but in fact the temperature of the gas striking the tubes of adjacent sections is practically the same. This is evident if it is reflected that no section is exposed to the radiant heat of the hearth, but only to the hot exhaust gases, and that these gases only undergo a reduction in temperature by contact with the gases. economizer tubes.
As the tubes are staggered, the tubes of the upper section of each pair of sections, starting from the base, are swept by gases which have passed between the tubes of the lower section without loss of temperature. As a result each pair of adjacent sections, although they are in different paths and at somewhat different heights in the economizer, receives substantially the same amounts of heat.
As a result, maximum efficiency is ensured in operation and the risk of internal convection currents, due to unequal temperatures in the two paths, is eliminated.
It should also be noted that the communication from one manifold to another is made by means of a single pipe or elbow, which, although of larger diameter than the individual pipes, is much smaller in section. transverse than the total cross-sectional area of the tubes of the sections, preferably less than half.
Since all the water in a section must pass through a single link or communication, it follows that the flow velocity through this communication is, correspondingly, higher than through the tubes, preferably
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at least doub le. This increased velocity effectively prevents any tendency in either path to reverse its direction and upward flow under the convection action, which is necessarily low because it is based on the difference in water weight in the two paths, due to the temperature difference.
Like the =! Main parts of the paths consist of the tubes in parallel, with corresponding low resistance and low speed, the pump only has to provide a very small amount of additional work.
It will be appreciated that the invention makes it possible to ensure a practically uniform distribution of the water at all the points where parallel flows occur. Accordingly, in any section a substantially equal distribution of water is ensured between the tubes, and when the parallel flow branch construction is used, the water is at: if forced to divide into two substantially equal amounts passing through the separate branches, and is subjected to substantially equal heating in each branch. This ensures, whether the water flow is upward or downward, high efficiency economizer operation and maximum heat transfer at all times.
The economizer shown in Figs. 4 and 5 include two parallel flow branches, but of course it can include a greater number of branches if it is desired to reduce the total resistance to a lower value. In such a case, the separate branches each include the same number of sections arranged and arranged to subject the water in each branch to approximately the same heating effect.
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In the embodiment shown, the tubes are provided with fins on their outer surfaces in order to increase the surface exposed to the gas and thereby facilitate the transfer of heat from the gas to the tube. Although this arrangement does not represent an essential feature of the invention, it is advantageous because it allows the same quantity of heat to be transferred to a given volume of water in a much shorter time so as not only to to reduce the dimensions of the economizer for a given efficiency and to correspondingly reduce the internal resistance and consequently the work required of the pump, but also to increase the speed of flow through the tubes and the connections.
This increased speed through the economizer assembly, helping to locally increase the speed in the links or bends between the sections, owing to their relatively smaller cross section, further removes the possibility of overturning. of the flow through these connections or elbows, and again contributes to the effective functioning of the down-flow economizer.
The present invention has been described and shown in its application to an economizer comprising several sections arranged vertically and having horizontal tubes established in a vertical gas duct flue, but it is evident that many features of the present invention are also apparent. app. cables to the usual types of economizers in which the series of sections and the carbeau are arranged horizontally.