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"Dispositif destiné à utiliser les gaz chauds d'évacuation des chaudières, fourneaux. cuisinières. moteurs à combustion, cheminées et autres pour la préparatio d'eau ohaude"
La présente invention a pour objet un dispositif destiné à utiliser les gaz chauds d'évacuation des chaudières, four- neaux, cuisinières. moteurs à combustion, cheminées et autres pour la préparation d'eau chaude.
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On sait que dans les fourneaux et cuisinières et en particu- lier dans les petites installations de chauffage central ou par étages les gaz s'échappent mal utilisés dans la oheminée. Vu qu'il s'agit dans ce genre d'installations surtout d'appareils à feu continu, cette perte de chaleur est oonstante.
Nombreux sont cependant les dispositifs qui ont été imaginés pour utiliser la chaleur de ces gaz d'évacuation, mais tous présentent entre autres l'inconvénient qu'ils diminuent considérablement le tira- ge de la cheminée, rendant ainsi leur utilité douteuse, surtout lorsqu'il s'agit de pousser l'utilisation des gaz d'évacuation et au moment de l'allumage de la chaudière lorsque la cheminée est encore froide et le tirage faible, Le rendement de tels éoo- nomiseurs dépend dono essentiellement de la mesure à laquelle on réussit à éviter les pertes de tirage.
Il existe des appareils pour préparer de l'eau chaude oom- portant un canal refroidi et un canal non refroidi et dans les- quels les gaz d'évacuation sont renversés au moins par deux ola- pets d'obturation.
La présente invention consiste à disposer les canalisations refroidies et non refroidies de telle façon que leurs extrémités dans des chambres d'accumulation oommunes à axes parallèles.
Ainsi sans modifier leur direction les gaz sont dirigés sans résistance vers la canalisation d'évacuation refroidie ou non refroidie. En outre la canalisation refroidie est arrangée de telle sorte qu'elle permet une vitesse d'évacuation et un pou- voir réfrigérant plus élevés de façon à opposer aux gaz d'éohap- . pement une résistance plus grande que ne pourrait le faire le canal non refroidi. Cet arrangement permet la suppression de l'obturation. Les modifications de la circulation des gaz sont uniquement obtenues en fermant ou en ouvrant le canal refroidi.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
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La fig. 1 se rapporte à une première forme, et la fig. 2 a trait à une deuxième forme d'exécution de Iléon- nomiseur, la fig. 3 fait voir un schéma de l'installation combiné avec une bouilloire (boiler), les fige 4 et 5 montrent en coupe verticale et horizontale une troisième forme d'exécution de l'économiseur.
Suivant la fig. 3.A représente la chaudière,V l'éconmi- seur et! le boiler. KW désigne la conduite d'amenée d'eau froi- de, WW est la conduite d'eau chaude venant du boiler, m, m1 est la conduite d'eau chaude, n est la conduite d'eau froide, o, , s sont des accessoires habituellement disposés sur les conduites.
Suivant la forme d'exécution représentée à la fig. 1,A est la chaudière, B1 la conduite d'amenée et y la chambre de répar- tition. Cette chambre 7 est, dans sa partie supérieure, formée en éoonomiseur destiné à la préparation d'eau chaude et comporte une première conduite d'évacuation tubulaire centrale b et une deuxième conduite d'évacuation annulaire o, concentrique à la première. Ces deux oonduites se réunissent à leur partie supé- rieure dans le collecteur do Les deux conduites b et c s'élar- gissent dans leur partie inférieure. La conduite b comporte un obturateur f constitué par un corps creux et se rapprochant au- tant que possible de la forme d'une goutte d'eau tombante.
Il n'y a ni clapet d'obturation, ni changement de direction, ni autre dispositif provoquant lors du passage des gas des tourbillons et partant des pertes de tirage. Les gaz se dirigent de la cham- bre de répartition y naturellement à travers la conduite annulai- re c et ne subissent presque pas de déviation latérale ou tout au plus une déviation lente et progressive de façon que les pertes de tirage soient réduites au minimum. La forme en goutte d'eau à la partie inférieure et surtout à la pastie supérieure des canalisations permet en outre de réduire notablement le frot-
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tement des gaz en mouvement. Aussi, lors du passage de la chaudière dans le tuyau d'évacuation b les gaz se trouvent qu'une résistance minime grâce à la forme spéciale en goutte d'eau tombante de l'obturation f (fig. 2).
La chemise d'eau i est avantageusement munie d'une enveloppe isolatrice J. Les conduites b et o s'élargissent à leur partie inférieure et fa- cilitent ainsi l'entrée des gaz.
L'obturateur f est commandé soit par le levier soit par le thermostat h. La conduite annulaire de tirage o est entou- rée de deux chemises d'eau! et!. Le thermostat est placé dans l'une de ces chemises. Lorsque l'eau atteint environ 55 , température à laquelle les incrustations se forment plus abon- damment, le thermostat provoque l'ouverture de l'obturateur pour empêcher une nouvelleaugmentation de la température.
Lorsque celle-ci s'abaisse au-dessous de la limite indiquée, l'obturateur f referme la conduite d'évacuation directe.
Au moment de l'allumage de la chaudière lorsque le tirage dans la cheminée est encore faible et que l'eau dans les che- mises i et e est encore froide, on ouvre l'obturateur f. La majeure partie des fumées s'échappent directement à travers la conduite b dans laquelle il y a le moins de perte de tirage.
Le feu, une fois bien en train et la cheminée étant chauffée, a'est à dire lorsque le tirage est devenu suffisant on ferme l'obturateur f à la main de sorte que le réohauffeur est mis en fonction. Dès lors les gaz s'éohappent à travers la conduite annulaire c où ils sont utilisés le mieux possible au chauffa- ge de l'eau. Ainsi l'eau chaude est produite aussi longtemps que la chaudière est en fonction. Il va sans dire que les ohe- mises i et e sont munies des accessoires habituels d'alimenta- tion et de purgeurs.
Le thermostat h est avantageusement combiné avec l'obtu- rateur f de telle façon que ce dernier puisse au début du fonctionnement de l'installation être commandé à la main.
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La chambre de répartition y dans laquelle débouchent les conduites b et 0 doit avoir une section au moins équivalente à celle des deux conduites ensembles. La section utile de la Chambre de répartition 7 délimitée par la paroi extérieure et le contour de l'obturateur f doit !âtre géométriquement semblable ou égale à la section de la chemise d'eau @ et de la conduite b, par exemple annulaire. Grâce à une telle disposition on peut di- riger les fumées de la conduite b dans la conduite o à l'aide de l'obturateur f sans craindre la moindre déviation due à des tourbillons.
La disposition de la conduite e de part et d'autre de la conduite b ou autour de oelle-oi est très importante puis- que en cas d'une seule canalisation c placée à côté de la con- duite b la déviation des gaz deviendrait beaucoup plus importan- te que dans le cas de la canalisation a disposée autour de la conduite b.
Il est utile de donner à la conduite de sortie (y2 de la fig. 2) des gaz de la chaudière A une section sensiblement égale à celle de la chambre de répartition. De cette façon on évite des ohoos et des pertes de tirage dus à une augmentation de vi- tesse exagérée, telle qu'elle se présenterait en rétrécissant l'orifice d'échappement B1 telle qu'elle est représentée à la fig, 1, Ici les gaz venant de la chaudière A sont d'abord forcés de se faufiller par l'orifice rétréoie B1 avant d'atteindre la grande chambre de répartition. Suivant la disposition de la fig.
2, cet inconvénient est supprimé et les fumées d'évacuation con- servent une vitesse réduite aussi dans les canalisations b et o.
Il en résulte un deuxième avantage consistant en ce que les suies et les poussières entraînées par les gaz se déposent dès leur arrivée dans l'orifice 12 et n'encrassent pas les conduites d'é- vaouation ce qui aurait pour effet d'altérer le rendement de l'é- oonomiseur.
L'éoonomiseur, relié à la oheminée est toujours en dépression de sorte que par toute fuite, l'air extérieure froid se trouve-
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rait aspiré et refroidirait, lorsqu'il pénètre devant l'éoono- miseur. les gaz d'évacuation, tout en diminuant le rendement de l'installation. Les faites sont généralement à craindre au droit de l'assise de l'économiseur sur la chaudière et au point d'appui du levier du thermostat. Le dernier cas n'entre pas en ligne de compte puisque le dit levier est disposé en un endroit où les gaz utilisés quittent l'économiseur. La jointure entre la chaudière et l'éoonomiseur doit être particulièrement bien soignée.
Un autre inconvénient de toutes les installations utilisant les gaz ou fumées d'échappement consiste en ce que les appareils sont très rapidement déterriorés par des corrosifs se déposant en goutelettes sur les parois au moment de la condensation des gaz. On a déjà cherché à remédier à cet inconvénient en diri- geant ces liquides dans des appareils spéciaux, cependant il paraît préférable d'empêcher la formation de tels liquides cor- rosifs, comme cela a lieu dans les chambres de combustions des appareils de gaz d'éclairage. On obtient par la suppression de ces liquides en outre un tirage amélioré da la cheminée puisque les vapeurs non condensées favorisent le tirage.
A cet effet on diminue à l'endroit où les gaz chauds prennent contact avec les parois refroidies de la chemise d'eau de l'économiseur, la oonduotibilité de ces parois, ou on fait chauffer l'eau froide préalablement par de l'eau déjà tempérée.
La première solution est montrée à la fig. 1 où les parties inférieures des chemises d'eau i et e sont en retrait, les cou- ches isolantes i1 et e1 ainsi formées, empêchent le contact di- rect des gaz chauds montants aveo les parois froides. Le même phénomène de condensation se produisant aussi dans la conduite centrale b et les parois de celle-ci sont au contact aveo les parois froides en b1 également pourvues d'au moins une couche isolante semblable,
Par le retrait des parois des chemises d'eau en i1 et .!.
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on évite les saillies favorisant l'enorassage et diminuant la section utile de débit.
Tandis que l'économiseur suivant la fig. 1 est compris comme appareil à circulation d'eau continue sans réserve d'eau appré- ciable, l'installation suivant la fig.2 comporte un réservoir.
La chemise k affeote la forme d'un récipient dont l'encombrement correspond sensiblement à celui de la chaudière. Le thermostat h1 est disposé dans la partie inférieure de ce réservoir et commande 1 obturateur f par un liquide intermédiaire. Le dispo- sitif de protection oontre la formation des liquides corrosifs de condensation semblables à ceux de la forme d'exécution sui- vant la fige 1 exige une étude toute particulière, puisque dans le grand réservoir l'eau reste comparativement plus longtemps froide.
Une autre forme d'exécution de l'objet de l'invention est re- présentée aux fig. 4 et 5.
Tandis qu'aux formes d'exécution précédentes la condensation des gaz est empêchée par une couche isolatrice disposée essentiel- lement dans la partie inférieure des chemises d'eau, l'isolation suivant la fig. 4 s'étend sur l'appareil complet. On évite les condensations d'autant mieux que les gaz chauds balayent de grandes surfaces telles que des ailettes et autres, lesquelles sont reliées d'une manière conductible à une surface plus rédui- te, complètement inaooessible aux gaz chauds, mais en contact avec l'eau à chauffer. Cette surface peut être constituée par un serpentin. Celui-ci contenant seul de l'eau est ainsi proté- gé contre l'influence nuisible des gaz chauds et peut faoilement résister à toutes les pressions d'eau voulues.
La conduite centrale b1 est entourée concentriquement de la conduite de chauffage indirecte c1. L'enveloppe extérieure A1 de la conduite c1 oomporte à l'intérieure sur toute la largeur de cette dernière des ailettes R qui subdivisent la section de
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la conduite c1 en trapèzes! et offrent aux gaz und grande sur- face. Les ailettes ne doivent cependant pas entraver le passage des gaz et doivent pouvoir être facilement décrassées à l'aide d'une brosse ou d'un autre ustensile approprié.
Pour cette rai- son il est avantageux de disposer les ailettes perpendiculaire- ment sur l'enveloppe A1 suivant les génératrices de celui-ci, c'est à dire parallèlement au sens naturel d'écoulement des gaz, Ces ailettes radiales sont distancées d'environ 2 à 6 cm, de façon à être bien accessible à une brosse de nettoyage.
La transmission de la chaleur par ces ailettes dépend es- sentiellement de la vitesse des gaz les balayant; plus cette vitesse est grande, plus la quantité de chaleur communiquée est importante. L'accroissement de la vitesse des gaz se faisant au détriment du tirage elle peut entraver le fonctionnement nor- mal de la chaudière. De nombreux essais ont démontré que le meilleur rendement était obtenu par des vitesses de gaz variant entre 1 et 2 m/sec.
Le tuyau! constituant la canalisation centrale directe b, est fixé à au moins deux des ailettes précitées. Le serpentin S, contenant de l'eau entoure l'enveloppe !1d'une façon conduc- tible et peut être fait en laiton ou en cuivre, tandis que pour les ailettes et l'enveloppe, de la tle ordinaire suffit* A l'extrémité supérieure du serpentin est disposé le thermostat h.z est une enveloppe extérieure qu'entoure tout l'appareil pour l'isoler de l'ambiance et lui donner un meilleur aspect.
Ses dimensions devenant telles qu'il empiète presque complèteimpossible/, ment sur le couvercle de la chaudière K1, ce qui rendrait/le nettoyage des carneaux supérieurs i1. il est rétréci à son em- base de manière rendre accessible les ouvertures de visites disposées sur le couvercle D. Le couvercle N de l'enveloppe Z est amovible ou muni de regards afin de permettre le nettoyage de l'appareil et particulièrement des ailettes.
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L'expérience a montré que pour éviter les incrustations dans le serpentin 8 oelui-oi devant avoir un diamètre intérieur mini- mum de 10 mm et que d'autre part un diamètre supérieur à 20 mm donnait à l'eau une vitesse trop faible la transmission de la chaleur des gaz à l'eau devient médiocre.
En outre l'économiseur doit opposer à la circulation de l'eau une résistance plus grande que le boiler directement couplé en parallèle, afin qu'en débitant de l'eau chaude de ce dernier il n'y ait pas une trop grande quantité d'eau froide qui s'écoule à travers l'économiseur vers le boiler. C'est aussi pour cette dernière raison qu'un diamètre intérieur de 20 mm pour le ser- pentin est considéré comme limite supérieure.
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"Device intended to use the hot exhaust gases from boilers, stoves. Stoves. Combustion engines, fireplaces and others for the preparation of hot water"
The subject of the present invention is a device intended to use the hot exhaust gases from boilers, stoves and cookers. combustion engines, fireplaces and others for the preparation of hot water.
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It is known that in stoves and cookers and in particular in small central heating installations or by stages, gases escape badly used in the chimney. Since these types of installations are mainly continuous firing devices, this heat loss is constant.
However, many devices have been devised to use the heat of these exhaust gases, but all have the drawback, among other things, that they considerably reduce the draft of the chimney, thus rendering their usefulness doubtful, especially when it is a question of pushing the use of the exhaust gases and when the boiler is ignited when the chimney is still cold and the draft weak, The efficiency of such economizers therefore depends essentially on the extent to which we succeed in avoiding the losses of draft.
There are apparatuses for preparing hot water having a cooled channel and an uncooled channel and in which the exhaust gases are reversed by at least two shut-off valves.
The present invention consists in arranging the cooled and uncooled pipes such that their ends in oommune accumulation chambers with parallel axes.
Thus, without modifying their direction, the gases are directed without resistance towards the cooled or uncooled discharge pipe. Further the cooled line is arranged such that it allows a higher discharge rate and coolant capacity so as to oppose eohap- gases. lt a greater resistance than the uncooled channel could. This arrangement allows the removal of the obturation. Changes in gas flow are only achieved by closing or opening the cooled channel.
The appended drawings represent, by way of example, several embodiments of the object of the invention.
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Fig. 1 relates to a first form, and FIG. 2 relates to a second embodiment of iléon- nomiseur, FIG. 3 shows a diagram of the installation combined with a boiler, figs 4 and 5 show in vertical and horizontal section a third embodiment of the economizer.
According to fig. 3.A represents the boiler, V the skimmer and! the boiler. KW designates the cold water supply line, WW is the hot water line from the boiler, m, m1 is the hot water line, n is the cold water line, o,, s are accessories usually placed on the pipes.
According to the embodiment shown in FIG. 1, A is the boiler, B1 the supply pipe and y the distribution chamber. This chamber 7 is, in its upper part, formed as an economizer intended for the preparation of hot water and comprises a first central tubular discharge pipe b and a second annular discharge pipe o, concentric with the first. These two pipes meet at their upper part in the collector do. The two pipes b and c widen in their lower part. Line b comprises a shutter f formed by a hollow body and approaching as closely as possible the shape of a falling water drop.
There is no shut-off valve, no change of direction, or any other device causing vortices during the passage of gas and hence draft losses. The gases flow from the distribution chamber y naturally through the annulus pipe c and undergo almost no lateral deflection or at most a slow and gradual deflection so that draft losses are reduced to a minimum. The teardrop shape at the bottom and especially at the top of the pipes also significantly reduces the friction.
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of gas in motion. Also, when the boiler passes through the discharge pipe b, there is minimal resistance due to the special falling water drop shape of the shutter f (fig. 2).
The water jacket i is advantageously provided with an insulating jacket J. The pipes b and o widen at their lower part and thus facilitate the entry of gases.
The shutter f is controlled either by the lever or by the thermostat h. The annular draft pipe o is surrounded by two water jackets! and!. The thermostat is placed in one of these folders. When the water reaches about 55, the temperature at which encrustations form more abundantly, the thermostat causes the shutter to open to prevent a further increase in temperature.
When this drops below the specified limit, the shutter f closes the direct discharge line.
When the boiler is ignited when the draft in the chimney is still weak and the water in the jackets i and e is still cold, the shutter f is opened. Most of the smoke escapes directly through line b where there is the least draft loss.
The fire, once well underway and the fireplace being heated, a is to say when the draft has become sufficient we close the shutter f by hand so that the reheater is started. The gases then escape through the annular pipe c where they are used as best as possible for heating the water. So hot water is produced as long as the boiler is in operation. It goes without saying that the ohe- mits i and e are fitted with the usual supply accessories and traps.
The thermostat h is advantageously combined with the shutter f in such a way that the latter can, at the start of operation of the installation, be controlled by hand.
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The distribution chamber y into which the pipes b and 0 open must have a section at least equivalent to that of the two pipes together. The useful section of the distribution chamber 7 delimited by the outer wall and the contour of the shutter f must! Hearth geometrically similar or equal to the section of the water jacket @ and of the pipe b, for example annular. By virtue of such an arrangement, it is possible to direct the fumes from the pipe b into the pipe o using the shutter f without fear of the slightest deviation due to vortices.
The arrangement of the pipe e on either side of the pipe b or around it-oi is very important since in the case of a single pipe c placed next to the pipe b the gas deflection would become much more important than in the case of the pipe a arranged around the pipe b.
It is useful to give the outlet pipe (y2 of fig. 2) of the gases from the boiler A a section substantially equal to that of the distribution chamber. In this way, ohoos and draft losses are avoided due to an exaggerated increase in speed, as it would appear by narrowing the exhaust port B1 as shown in fig, 1, here the gases coming from the boiler A are first forced to slip through the narrow orifice B1 before reaching the large distribution chamber. According to the arrangement of FIG.
2, this drawback is eliminated and the exhaust fumes maintain a reduced speed also in the pipes b and o.
This results in a second advantage consisting in that the soot and the dust entrained by the gases are deposited as soon as they arrive in the orifice 12 and do not clog the drainage pipes, which would have the effect of altering the flow. efficiency of the economizer.
The economizer, connected to the chimney, is always in depression so that by any leak, the cold outside air is found.
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would be sucked in and cool when it enters in front of the eoonomizer. exhaust gases, while reducing the efficiency of the installation. The facts are generally to be feared at the base of the economiser on the boiler and at the fulcrum of the thermostat lever. The latter case is irrelevant since the said lever is arranged in a place where the gases used leave the economizer. Particular care must be taken in the connection between the boiler and the economizer.
Another drawback of all the installations using exhaust gases or fumes consists in that the devices are very quickly damaged by corrosives which are deposited in droplets on the walls when the gases condense. Attempts have already been made to remedy this drawback by directing these liquids into special apparatus, however it seems preferable to prevent the formation of such corrosive liquids, as occurs in the combustion chambers of gas apparatuses. 'lighting. The removal of these liquids also results in improved chimney draft since the non-condensing vapors promote draft.
For this purpose, the oonduotibility of these walls is reduced at the place where the hot gases come into contact with the cooled walls of the water jacket of the economizer, or the cold water is heated beforehand with water. already temperate.
The first solution is shown in fig. 1 where the lower parts of the water jackets i and e are recessed, the insulating layers i1 and e1 thus formed, prevent the direct contact of the rising hot gases with the cold walls. The same condensation phenomenon also occurs in the central pipe b and the walls thereof are in contact with the cold walls at b1 also provided with at least one similar insulating layer,
By removing the walls of the water jackets at i1 and.!.
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protrusions favoring enorassage and reducing the useful flow section are avoided.
While the economizer according to fig. 1 is understood as an apparatus with continuous water circulation without appreciable water reserve, the installation according to FIG. 2 comprises a tank.
The jacket k affeote the shape of a receptacle, the size of which corresponds substantially to that of the boiler. The thermostat h1 is placed in the lower part of this tank and controls 1 shutter f by an intermediate liquid. The protection device against the formation of corrosive condensate liquids similar to those of the embodiment shown in Fig. 1 requires special study, since in the large tank the water remains comparatively cold longer.
Another embodiment of the object of the invention is shown in FIGS. 4 and 5.
While in the previous embodiments the condensation of gases is prevented by an insulating layer arranged essentially in the lower part of the water jackets, the insulation according to fig. 4 extends over the entire apparatus. Condensation is all the better avoided as the hot gases sweep large surfaces such as fins and the like, which are connected in a conductive manner to a smaller surface, completely inaooessible to hot gases, but in contact with the air. water to be heated. This surface can be formed by a coil. The latter, containing water alone, is thus protected against the harmful influence of hot gases and can easily withstand all desired water pressures.
The central pipe b1 is surrounded concentrically by the indirect heating pipe c1. The outer envelope A1 of the pipe c1 has inside over the entire width of the latter fins R which subdivide the section of
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the c1 pipe in trapezoids! and offer gas and a large surface area. The fins must not, however, obstruct the passage of gases and must be able to be easily cleaned with a brush or other suitable utensil.
For this reason it is advantageous to arrange the fins perpendicular to the casing A1 along the generatrices of the latter, that is to say parallel to the natural direction of gas flow. These radial fins are spaced apart by approximately 2 to 6 cm, so that it is easily accessible to a cleaning brush.
The transmission of heat by these fins depends essentially on the speed of the gases sweeping them; the greater this speed, the greater the quantity of heat communicated. As the speed of the gases increases to the detriment of the draft, it can hinder the normal operation of the boiler. Numerous tests have shown that the best performance was obtained by gas velocities varying between 1 and 2 m / sec.
The pipe! constituting the direct central pipe b, is attached to at least two of the aforementioned fins. The coil S, containing water, surrounds the casing! 1 in a conduc- tive fashion and may be made of brass or copper, while for the fins and casing ordinary metal is sufficient. upper end of the coil is placed the hz thermostat is an outer casing that surrounds the entire device to isolate it from the environment and give it a better appearance.
Its dimensions becoming such that it almost completely encroaches on the cover of the boiler K1, which would make the cleaning of the upper flues i1. it is narrowed at its base so as to make accessible the inspection openings arranged on the cover D. The cover N of the casing Z is removable or provided with manholes in order to allow cleaning of the device and particularly of the fins.
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Experience has shown that to avoid incrustations in the coil 8 oelui-oi which must have a minimum internal diameter of 10 mm and that on the other hand a diameter greater than 20 mm gives the water too low a speed. Heat transmission from gases to water becomes poor.
In addition, the economizer must oppose the water circulation with a greater resistance than the boiler directly coupled in parallel, so that by delivering hot water from the latter there is not too large a quantity of water. cold water flowing through the economizer to the boiler. It is also for the latter reason that an internal diameter of 20 mm for the serpentine is considered as the upper limit.
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