<Desc/Clms Page number 1>
MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la Société dite: BABCOCK & WILCOX LIMITED
EMI1.1
Per:rect1on.nements aux ecbangeurs de chaleur tubulaires. Demande de brevet aux Etats-Unis d'Amérique du 9 Janvier 194S
EMI1.2
en faveur de IM. E.G. BAILEY, R.i. HARDGROVE et T.B.XTILLù4AiN.
Cette invention se rapporte à des échangeurs de chaleur tabulaires pour provoquer un échange de chaleur par convexion entre des fluides et elle concerne des échangeurs de chaleur du type comportant un faisceau de tubes métalliques convenablement espacés pourvus d'éléments amplificateurs de surface en saillie sur les tubes dans le parcours suivi par un des fluides éclian- geurs de chaleur entre les tubes du faisceau.
Dans les échangeurs de chaleur de ce type et particulièrement dans les échangeurs de chaleur provoquant un échange de chaleur entre un liquide à l'intérieur des tubes et un fluide gazeux à l'extérieur de-ceux-ci, le rendement et l'efficacité de l'installation dépendent de plusieurs facteurs. L'un de ceux-ci est le rapport de l'étendue de la surface métallique exposée aux gaz de chauffe à celle de la surface exposée au liquide qu'il s'agit de chauffer, et parmi d'autres facteurs on conpte la conductibilité thermique du métal et l'efficacité avec laquelle la surface métallique externe est balayée par les gaz chauds.
L'un des buts de l'invention est de réaliser des échan- geurs de chaleur dont les surfaces métalliques extérieures sont balayées d'une manière particulièrement efficace par le fluide externe. Un autre but est de construire un économiseur de chaudière léger, de grande capacité d'absorption de la chaleur, dont les tubes peuvent être exécutes au moyen des formes standards de matériaux qu'on peut se procurer aisément et dont la surface de chauffe externe présente une valeur élevée tant par rapport à la surface occupée par l'installation que par rapport au poids net de celle-ci.
Un autre but de l'invention est de constituer un économiseur avec éléments amplificateurs de surface construits et disposés sur les tubes de telle manière que pour des résultats thermiques déterminés, la perte de tirage est relativement faible.
On a constaté que, du fait que la chute de pression que subit un gaz frappant obliquement un organe absorbant de la chaleur, tel qu'me broche, est plus grande que quand le même courant de gaz frappe cet organe normalement à son axe, il se produit une déviation corrective de la direction d'un courant
<Desc/Clms Page number 2>
libre, dirigé obliquement sur l'organe, le gaz quittant l'organe dans une direction plus sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'organe que sa direction à l'arrivée, et cette déviation du courant des gaz chauds est avantageusement utilisée dans la construction des échangeurs de chaleur suivant l'invention, pour assurer une meilleure absorption totale de la chaleur.
L'invention utilise l'effet directif des éléments am- pJificateurs de surface faisant saillie sur les tubes d'un échangeur de chaleur obliquement par rapport à l'arrivée des courants gazeux pour répartir les gaz chauds d'une manière plus efficace entre d'autres éléments amplificateurs de surface disposés en aval dans le parcours des courants gazeux.
La présente invention concerne un échangeur de chaleur tubulaire comportant une série de tubes convenablement espacés destinés être soumis extérieurement à un courant transversal de fluide et pourvus chacun, dans des conditions assurant une bonne conductibilité thermique, d'éléments amplificateurs de surface constitués par une ailette longitudinale en saillie dans la direction générale du courant de fluide sur le tube et une rangée de broches convenablement espacées de part et d'autre de l'ailette et disposées de telle manière qu'au moins dans le voisinage de la base ou naissance de chaque broche, le fluide s'approche de la broche dans une direction oblique et que le chemin le plus court offert au passage du fluide sur la broche est dirigé plus sensiblement vers la base de l'ailette que le parcours dans la direction oblique considérée sur la broche.
L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur tubulaire comportant une série de tubes convenablement espacés, destinés à être soumis extérieurement à un courant de fluide transversal, et pourvus chacun, dans des conditions assurant une bonne conductibilité thermique, d'éléments amplificateurs de surface constitués par une ailette longitudinale en saillie s'étendant dans la direction générale du courant de fluide sur le tube et par une rangée de broches convenablement espacées sur le quadrant du tube situé d'un c8té de l'ailette et une rangée de broches convenablement espacées sur le quadrant du tube situé de l'autre c8té de l'ailette.
L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur tubulaire comportant une série de tubes convenablement espacés destinés à être soumis extérieurement à un courant de fluide transversal et pourvus chacun, dans des conditions assurant une bonne conductibilité thermique, d'éléments amplificateurs de surfaces, constitués par une ailette longitudinale en saillie s'Étendant dans la direction générale du courant de fluide sur le tube, une ailette longitudinale diamétralement opposée sétendant dans l'autre sens,des rangées diamétralement opposées de broches convenablement espacées en saillie sur le tube à égale distance entre les ailettes et quatre autres rangées de broches convenablement espacées, partant de ce tube,
chacune d'elles étant placée entre l'une ou l'autre des dites rangées diamétralement opposées de broches espacées et chacune des ailettes.
L'invention concerne en outre un économiseur comprenant un faiscenu de tubes convenablement espacés établi de manière que le courant transversal des gaz de combustion passe ver- ticalement entre ses tubes, un dispositif pour raccorder les tubes du faisceau de manière à former un certain nombre de circuits parallèles comportant chacun des tubes verticalement adjacents reliés en série, un dispositif pour faire circuler un. courant d'eau d'alimentation de haut en bas dans les circuits et, sur chacun des tubes, une ailette longitudinale en saillie
<Desc/Clms Page number 3>
faisant saillie dans la direction générale du courant gazeux sur le tube et constituée par des plaques de section transversale s'amincissant graduellement de la base à la pointe, disposées bout à bout mais légèrement espacées l'une de l'autre,
une ailette semblable diamétralement opposée en saillie dans le sens opposé et deux rangées diamétralement opposées de broches partant de la surface du tube à égale distance entre les ailet- tes, chacune des broches présentant une section transversale avec un axe maximum et un axe minimum l'axe maximum se trouvant dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube.
L'invention est décrite ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Figure 1 montre quelque peu schématiquement en élévation de face partiellement en coupe un générateur de vapeur pourvu d'un économisèur.
Figure 2 est une vue de l'économiseur semblable à celle de la figure 1, mais à une plus grande échelle, les éléments amplificateurs de surface sur les tubes de l'économiseur étant omis pour plus de simplicité.
Figure 3 est une vue de côté de l'économiseur en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, certains des éléments amplificateurs de surface étant indiqués schématiquement;
Figure 4 est une coupe verticale d'une partie de l'é- conomiseur suivant la ligne IV-IV de la figure 3;
Figure 5 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne V-V de la figure 3, les éléments amplificateurs de surface étant également omis sur les figures 4 et 5;
Figure 6 est une vue en élévation de côté de certains tubes de l'économiseur à une plus grande échelle que la figure 3, et montrant quelques éléments amplificateurs de surface sur les tubes;
Figure 7 est une vue en élévation de face, partielle- ment en coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 6;
Figure 8 est une vue de quelques-uns des tubes de l'é- conomiseur suivant la figure 2, à plus grande échelle aux fins de montrer les éléments amplificateurs de surface;
Figure 9 est une vue de côté d'une partie de l'un des tubes de la figure 8;
Figure 10 est une vue à plus grande échelle que la figure 8, montrant certains tubes de cette figure et queloues lignes de flux du gaz.
Figure 11 est une vue de c8té d'une autre forme de coude en U pour tubes d'économiseur, avec raccords donnant accès au tube;
Figure 12 est une vue en plan du coude suivant la figure 11; et
Figure 13 est une élévation de c8té partiellement en coupe d'un économiseur avec des raccords donnant accès aux tubes tels que ceux représentés sur les figures 11 et 12, certains des éléments amplificateurs de surface étant indiqués d'une manière schématique.
<Desc/Clms Page number 4>
Le générateur de vapeur type marine représenté sur la figure 1 comprend un corps cylindrique inférieur à eau 250 directement raccordé au corps cylindrique de vapeur et eau 160 par le faisceau de tubes vaporisants 14. Les tubes de ce faisceau s'étendent en travers de la sortie des gaz de la chambre de com- bustion 12 qui peut être mis en action indépendamment de la chambre de combustion 10 par les brûleurs 252 à 255. Lorsoue la vapeur doit être surchauffée, la chambre 10 est chauffée par les brûleurs 256 à 258, de telle sorte que les gaz de la chambre de combustion 10 passent entre les tubes des sections 260 et 262 du surchauffeur.
Les sections du surchauffeur sont de préférence supportées par des tubes de grand diamètre 270 raccordant directe- ment la chambre d'eau du corps cylindrique de vapeur et d'eau 160 au corps cylindrique inférieur auxiliaire 272. Ces corps cylin- driques sont aussi raccordés directement par les tubes vapori- sants 274 et 276.
Sur le côté extérieur de la chambre de combustion 10 se trouve un collecteur inférieur 280 directement raccordé à la chambre d'eau du corps cylindrique 160 par les tubes de parois vaporis8nts 282.
Un économiseur 16 est monté dans le carneau de passage des gaz 1 au-dessus du faisceau-de tubes 14, et, en service, les gaz de combustion provenant de la chambre de combustion 12 ou des chambres de combustion 10 et 12 circulent en travers du faisceau de tubes vaporisants 14 et ensuite entre les tubes de l'économi- seur 16.
Comme le montrent plus particulièrement les figures 8, 9 et 10, chaque tube de l'économiseur est pourvu de deux types différents d'éléments amplificateurs de surface, à savoir les pla- ques 30 et 31 et les broches 51, 52, 53, 54,55 et 56.
En coupe transversale les plaques 30 et 31 vont en s'effilant de leurs bases à leurs sommets et les plaques 30 aussi bien que les plaques 31 sont assenblées au tube et s'étendent radialement en des points diamétralement opposés sur celui-ci, les plaques 30 étant disposées bout à bout mais à de légères distances l'une de l'autre pour former une nervure longitudinale tandis que les plaques 31 sont disposées bout à bout mais à une légère distance l'une de l'autre pour former une seconde nervure longitudinale.
Les broches 51 à 56 ont une section transversale ovale et sont assemblées au tube de manière que les axes maxima de leurs sections transversales soient disposés transversalement par rap- port au tube, tandis que leurs axes longitudinaux sont placés dans une direction radiale par rapport au tube. Des jeux de broches 51 à 56 sont disposés de manière oue leurs axes lon- gitudinavx se trouvent dans des plans communs perpendiculaires à l'axe longitudinal du tube et équidistants les uns des autres le long du tube. Les broches 51, 53, 54 et 56 sont de longueurs égales et un peu plus courtes que les distances radiales des plaques 30 et 31, tandis que les broches 52 et 55 sont de lon- gucus égales et sont quelque peu plus courtes que les broches 51, 53, 54 et 56.
Les broches 53 et 54 sont diamétralement oppo- sées aux broches 56 et 51 respectivement et les axes longitudi- naux des broches 51, 53, 54 et 56 sont disposés à des angles de 45 par rapport au plan longitudinal pessant par les axes des plaques 30 et 31. Les broches 52 et 55 sont diamétralement opposées entre elles et leurs axes longitudinaux sont disposés à des angles de 90 par rapport au plan longitudinal passant par les axes des plaques 30 et 31.
<Desc/Clms Page number 5>
Comme c'est représenté sur la figure 8 pour les tubes 17 à 23, les tubes des rangées adjacentes sont disposés en quinconce les uns par rapport aux autres et les tubes sont placés de manière que les plaques 30 s'étendent dans la direction géné- rale du courant de gaz, indiquée par les flèches 26, à travers le faisceau de tubes de l'économiseur.
Les broches 51 à 56 ont une section particulièrement propre à assurer une transmission parfaite de la chaleur et les rangées de broches 53 et 54 les plus rapprochées des plaques 30 sont efficaces pour amener non seulement une plus grande quantité de gaz en circulation à balayer les plaques 30 mais augmente. aussi la surface ou superficie des plaques qui sont effectivement balayées par les gaz en circulation.
Pour la facilité de la compréhension, si l'on suppose que la flèche 100 sur la figure 8, indique la direction générale du courant de gaz au-delà du quadrant supérieur de droite du tube 21 lorsqu'il n'existe pas de broches correspondantes aux broches 54, quand on ajoute ces broches les gaz qui s'en approchent dans la direction de la flèche 100 sont alors déviés vers la plaque 30 et la poche 102 entre le tube 21 et la plaque 30. On peut se représenter cette déviation en comparant la position relative des flèches 104 et 100. On confère ainsi une plus grande efficacité aux gaz pour transmettre la chaleur au fluide à l'intérieur-des tubes, parce que les gaz balayent ou frottent effectivement de plus grandes portions des surfaces des plaques 30, tandis que la quantité de gaz dirigé vers une plaque dans un temps donné est augmentée.
Cette corrélation'des éléments amplificateurs de surface entraine une notable augmentation de l'efficacité en permettant d'atteindre pour une surface externe donnée des tubes et des éléments amplificateurs de surface des degrés de transmis- sion de chaleur plus élevés qu'il ne serait possible autrement, tout en maintenant la perte de tirage dans des limites admissi- bles.
Les conditions relatives à la circulation des gaz sur un faisceau de tubes construits suivant l'invention apparaissent plus clairement sur la figure 10 des dessins, dans laquelle les tubes 22 et 23 peuvent être considérés comme les premiers tubes avec lesquels les gaz viennent en contact en circulant dans la direction indiquée par les parties des lignes de flux du gaz marouées 300 à 312. Si l'on considère le tube 23, les gaz rencon- trent d'abord les broches 51 qui s'étendent obliquement par rap- port à la direction du courant de gaz, et l'effet exercé sur le courant de gaz est de le faire dévier pour le rendre plus exac- tement normal à un plan renfermant les axes longitudinaux des broches.
Cette action ressort de la comparaison des sections 315 à 318 avec les sections 308 à 311 des lignes de flux. ,
Après avoir quitté les broches 51, les gaz rencontrent les bords conducteurs de la rangée de broches 52 dans la direction indiquée par les sections 320 à 323 des lignes de flux. Ici encore, les gaz sont déviés vers la normale à un plan renfermant les axes longitudinaux des broches et ils tendent aussi à se déplacer vers l'arrière du tube, comme il ressort de la comparaison des sections 330 à 333 avec les sections 320 à 323 des lignes de flux.
Les broches 52 font par conséquent dévier les gaz vers la surface ou le quadrant supérieur du tube, et, de cette manière, une plus grande quantité de gaz vient en contact avec la surface du tube.
Cet effet est amplifié par l'action des longues broches 53 qui, comme le représentent les sections 340 à 343 des lignes de flux font dévier les gaz .vers le tube et vers la base des plaques 30.
<Desc/Clms Page number 6>
On constatera que les sections des lignes de flux adjacentes au quadrant supérieur du tube sont plus rapprochées les unes des autres que les sections des lignes de flux en-dessous du tube et que certaines des lignes de flux sont dirigées vers les plaques 30 à proximité de la base ou naissance de celles-ci. Une action semblable se produit le long de chacun des côtés de tous les tubes dans la disposition représentée.
A titre d'exemple, dans un mode d'exécution particulier de l'économiseur, des rangées successives de tubes dans la direction du parcours du gaz sont écartées de 31/2" l'une de l'autre ; axes des tubes de chaque rangée sont espacés de 3"; les tubes ont un diamètre externe de IIn; les plaques supérieures et infé- rieures diamétralement opposees 30 et 31 ont une longueur d'environ 1 1/8" dans la direction radiale et une épaisseur d'environ 1/16" en leurs sommets et de 1/4" à leurs bases ou naissances ;
les broches médianes 52 et 55 ont une largeur de " et une longueur de 5/8" et les autres broches 51 53, 54 et 56 ont la même largeur mais sont sensiblement plus longues, dé- passant par exemple de 1/411 les broches 52 et 55 de telle sorte qu'elles s'avancent sur à peu près toute la'longueur de celles-ci.
Les tubes adjacents de l'économiseur qui se trouvent dans le même plan transversal par rapport au courant de gaz sont raccordés à l'avant de l'économiseur par des coudes de retour ou à 180 tels que ceux indiqués en 110 à 127 sur les figures 5 et 7, et les paires de tubes reliés par ces coudes à 180 et juxtaposés entre eux dans la direction du parcours des gaz sont reliées à l'arrière de l'économiseur par des cou- des à 180 inclinés tels que ceux indiqués en 140 à 146 sur la figure 7 pour former un circuit continu Chaque circuit reçoit son fluide par un tube d'entrée tel que celui représenté en
150 sur les figures 5 et 6, relié à un collecteur d'arrivée 152, et le liquide qu'il s'agit de chauffer dans le circuit circule dans les tubes et les raccords coudés à 180 de ces tubes,
de haut en bas pour se rendre dans le tube de sortie 154 et de là dans le collecteur de départ 156. De ce collecteur le liquide chauffé se rend par un raccord tubulaire tel que celui repré- senté en 158 dans le corps cylindrique de vapeur et d'eau 160 de la chaudière.
Comme le représentent les figures 3 à 7, les tubes de l'économiseur sont supportés par des saillies ménagées sur les raccords coudés. Ainsi, les saillies 170 à 179 partent des raccords coudés de chaque circuit à l'avant de l'économiseur pour s'engager dans des ouvertures d'une barre ou plaque de support verticale correspondante 180 et des saillies 182 à 190 partent d'une manière similaire des raccords coudés de chanue circuit à l'arriére de l'économiseur pour s'engager dans des ouvertures d'une barre ou plaque de support verticale correspon- dante 191.
En comparaison de son poids et de l'espace occupé, l'économiseur représenté offre une surface relatjvement grande et extrêmement efficace pour l'échange de chaleur sous le balayage des gaz. L'emploi de l'économiseur permet une notable réduction de l'étendue de la surface tubulaire nécessaire pour atteindre un résultat donné et par conséquent une économie de métal em- ployé et de place nécessaire. En même temps, la résistance offerte au passage du gaz à travers l'économiseur est réduite.
L'économiseur est particulièrement propre à être employé dans les installations marines et spécialement dans les navires de guerre où il est de la plus grande importance que tout élément de l'installation de production de vapeur présente la plus
<Desc/Clms Page number 7>
grande légèreté et le plus faible encombrement possibles. Dans des essais comparatifs sur des économiseurs en concurrence, l'économiseur représenté s'est avéré comme possédant un degré de transmission de chaleur notablement plus élevé que les autres pour la même masse de gaz en circulation. Ces essais ont aussi montré que l'emploi de l'économiseur représenté permet d'atteindre un rendement notablement plus élevé que les rendements obtenus par les économiseurs en compétition sans augmenter la résistance offerte aux gaz.
Dans le mode de construction représenté sur les figures 11, 12 et 13, les raccords coudés de chaque circuit à l'avant de l'économiseur sont pourvus de montures d'accès 200 à 209 avantageusement du type décrit dans le brevet anglais n .565.585, qui font aussi office de supports en s'engageant dans des ouvertures ménagées dans une barre ou une plaque de support verticale correspondante 180. Lorsqu'on emploie ce type de montures, on peut avoir accès à l'intérieur des deux tubes d'économiseur raccordés par une monture en enlevant le panneau externe 220 du caisson, le panneau interne 222 et la pièce d'assemblage amovible 400 de la garniture.
Les figures 2, 3 et 13 des dessins représentent un souffleur de suies comprenant un tube rotatif 230, s'étendant au travers du faisceau des tubes de l'économiseur et d'un des panneaux 232 du caisson, sur l'un des côtés de l'économiseur.
Ce souffleur de suiesest convenablement raccordé à une source de vapeur et à un dispositif à l'aide duquel le souffleur de suies est périodiquement actionné.
REVENDICATIONS ---------------------------
1) Echangeur de chaleur tubulaire, caractérisé par une série de tubes convenablement espacés destinés à être soumis extérieurement à un courant transversal d'un fluide et pourvus chacun, dans des conditions assurant une bonne transmission de chaleur, d'éléments amplificateurs de surface comportant une ailette longitudinale faisant saillie dans la direction générale du passage du fluide sur le tube, et une rangée de broches con- venablement espacées de part et d'autre de l'ailette, de telle sorte que le fluide, au moins dans le voisinage de la base ou naissance de chaque broche,
se rapproche de celle-ci dans une direction oblique et que le trajet le plus court pour le passage du fluide en travers de la broche est dirigé davantage vers la base de l'ailette que le trajet dans la dite direction oblique en travers de la broche, ou, en d'autres termes,est dévié vers la base de l'ailette.
2) Echangeur de chaleur tubulaire, caractérisé par une série de tubes convenablement espacés, destinés à être balayés extérieurement par un courant transversal d'un fluide et pourvus chacun, dans des conditions assurant une bonne transmission de la chaleur, d'éléments amplificateurs de surface comportant une ailette longitudinale faisant saillie dans la direction générale du parcours du fluide sur le tube et une rangée de broches convenablement espacées s'étendant sur l'un des quadrants du tube d'un côté de l'ailette ainsi qu'une rangée de broches convenablement espacées s'étendant sur le quadrant du tube de l'autre côté de l'ailette.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
OF INVENTION PATENT the Company called: BABCOCK & WILCOX LIMITED
EMI1.1
Per: rect1on.nements to tubular heat exchangers. Patent application in the United States of America of January 9, 194S
EMI1.2
in favor of IM. E.G. BAILEY, R.i. HARDGROVE and T.B.XTILLù4AiN.
This invention relates to tabular heat exchangers for inducing convection heat exchange between fluids and to heat exchangers of the type comprising a bundle of suitably spaced metal tubes provided with surface amplifying elements protruding on the tubes. in the path followed by one of the heat exchanging fluids between the tubes of the bundle.
In heat exchangers of this type, and particularly in heat exchangers causing heat exchange between a liquid inside the tubes and a gaseous fluid outside them, the efficiency and effectiveness of the installation depend on several factors. One of these is the ratio of the extent of the metallic surface exposed to the heating gases to that of the surface exposed to the liquid to be heated, and among other factors the conductivity is considered. temperature of the metal and the efficiency with which the outer metal surface is swept by the hot gases.
One of the aims of the invention is to provide heat exchangers in which the exterior metal surfaces are swept in a particularly efficient manner by the external fluid. Another object is to construct a lightweight boiler economizer with high heat absorption capacity, the tubes of which can be made using standard forms of materials which are readily available and whose external heating surface is present. a high value both in relation to the surface occupied by the installation and in relation to the net weight thereof.
Another object of the invention is to constitute an economizer with surface amplifying elements constructed and arranged on the tubes in such a way that, for determined thermal results, the draft loss is relatively low.
It has been found that because the pressure drop experienced by a gas striking an obliquely heat-absorbing member, such as a spindle, is greater than when the same gas stream strikes that member normally at its axis, it a corrective deviation of the direction of a current occurs
<Desc / Clms Page number 2>
free, directed obliquely on the member, the gas leaving the member in a direction more substantially perpendicular to the axis of the member than its direction on arrival, and this deflection of the current of hot gases is advantageously used in the construction of the heat exchangers according to the invention, to ensure better total absorption of heat.
The invention utilizes the directional effect of the surface amplifying elements protruding on the tubes of a heat exchanger obliquely to the inlet of the gas streams to distribute the hot gases more efficiently among other areas. other surface amplifying elements arranged downstream in the path of the gas streams.
The present invention relates to a tubular heat exchanger comprising a series of suitably spaced tubes intended to be subjected externally to a transverse flow of fluid and each provided, under conditions ensuring good thermal conductivity, with surface amplifying elements constituted by a longitudinal fin. projecting in the general direction of the flow of fluid over the tube and a row of pins suitably spaced on either side of the fin and so arranged that at least in the vicinity of the base or birth of each pin , the fluid approaches the spindle in an oblique direction and that the shortest path offered to the passage of the fluid on the spindle is directed more appreciably towards the base of the fin than the path in the considered oblique direction on the spindle .
The invention also relates to a tubular heat exchanger comprising a series of suitably spaced tubes intended to be subjected externally to a transverse flow of fluid, and each provided, under conditions ensuring good thermal conductivity, with surface amplifying elements consisting of: by a protruding longitudinal fin extending in the general direction of the fluid flow over the tube and by a row of suitably spaced pins on the quadrant of the tube located on one side of the fin and a row of suitably spaced pins on the quadrant of the tube located on the other side of the fin.
The invention also relates to a tubular heat exchanger comprising a series of suitably spaced tubes intended to be subjected externally to a transverse flow of fluid and each provided, under conditions ensuring good thermal conductivity, with surface amplifying elements, consisting of a protruding longitudinal fin extending in the general direction of the flow of fluid over the tube, a diametrically opposed longitudinal fin extending in the other direction, diametrically opposed rows of suitably spaced pins protruding on the tube at an equal distance between the fins and four other rows of suitably spaced pins starting from this tube,
each of them being placed between one or the other of said diametrically opposed rows of spaced pins and each of the fins.
The invention further relates to an economizer comprising a bundle of suitably spaced tubes arranged so that the transverse stream of the combustion gases passes vertically between its tubes, a device for connecting the tubes of the bundle so as to form a number of tubes. parallel circuits each comprising vertically adjacent tubes connected in series, a device for circulating a. feed water flow from top to bottom in the circuits and, on each of the tubes, a protruding longitudinal fin
<Desc / Clms Page number 3>
projecting in the general direction of the gas flow over the tube and formed by plates of cross-section gradually tapering from base to tip, arranged end to end but slightly spaced apart from each other,
a similar diametrically opposed fin protruding in the opposite direction and two diametrically opposed rows of pins extending from the surface of the tube equidistant between the fins, each of the pins having a cross section with a maximum axis and a minimum axis l ' maximum axis lying in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the tube.
The invention is described below by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 shows somewhat schematically in front elevation partially in section a steam generator provided with an economiser.
Figure 2 is a view of the economizer similar to that of Figure 1, but on a larger scale, the surface amplifying elements on the economizer tubes being omitted for simplicity.
Figure 3 is a side view of the economizer in section taken along line III-III of Figure 2, some of the surface amplifying elements being shown schematically;
Figure 4 is a vertical section of part of the economizer taken along line IV-IV of Figure 3;
Figure 5 is a horizontal sectional view taken on the line V-V of Figure 3, the surface amplifying elements also being omitted in Figures 4 and 5;
Figure 6 is a side elevational view of some tubes of the economizer on a larger scale than Figure 3, and showing some surface amplifying elements on the tubes;
Figure 7 is a front elevational view, partially in section taken on line VII-VII of Figure 6;
Figure 8 is a view of some of the tubes of the economizer according to Figure 2, on a larger scale for the purpose of showing the surface amplifying elements;
Figure 9 is a side view of part of one of the tubes of Figure 8;
Figure 10 is a view on a larger scale than Figure 8, showing some tubes of this figure and some gas flow lines.
Figure 11 is a side view of another form of U-bend for economizer tubes, with fittings giving access to the tube;
Figure 12 is a plan view of the elbow according to Figure 11; and
Figure 13 is a side elevation partially in section of an economizer with fittings providing access to tubes such as those shown in Figures 11 and 12, some of the surface amplifying elements being shown schematically.
<Desc / Clms Page number 4>
The marine type steam generator shown in Figure 1 comprises a lower cylindrical water body 250 directly connected to the cylindrical body of steam and water 160 by the bundle of vaporizing tubes 14. The tubes of this bundle extend across the outlet. gases from the combustion chamber 12 which can be activated independently of the combustion chamber 10 by the burners 252 to 255. When the steam is to be superheated, the chamber 10 is heated by the burners 256 to 258, from such that the gases of the combustion chamber 10 pass between the tubes of the sections 260 and 262 of the superheater.
The superheater sections are preferably supported by large diameter tubes 270 directly connecting the water chamber of the steam and water cylindrical body 160 to the auxiliary lower cylindrical body 272. These cylindrical bodies are also directly connected. by the vaporizing tubes 274 and 276.
On the outer side of the combustion chamber 10 is a lower manifold 280 directly connected to the water chamber of the cylindrical body 160 by the vaporized wall tubes 282.
An economizer 16 is mounted in the gas passage flue 1 above the tube bundle 14, and, in use, the combustion gases from the combustion chamber 12 or from the combustion chambers 10 and 12 flow across. of the bundle of vaporizing tubes 14 and then between the tubes of the economiser 16.
As shown more particularly in Figures 8, 9 and 10, each tube of the economizer is provided with two different types of surface amplifying elements, namely the plates 30 and 31 and the pins 51, 52, 53, 54,55 and 56.
In cross section the plates 30 and 31 taper from their bases to their tops and the plates 30 as well as the plates 31 are joined to the tube and extend radially at diametrically opposed points thereon. 30 being arranged end to end but at slight distances from each other to form a longitudinal rib while the plates 31 are arranged end to end but at a slight distance from each other to form a second rib longitudinal.
Pins 51 to 56 have an oval cross section and are joined to the tube so that the maximum axes of their cross sections are arranged transversely to the tube, while their longitudinal axes are located in a radial direction relative to the tube. . Sets of pins 51 to 56 are arranged so that their longitudinal axes lie in common planes perpendicular to the longitudinal axis of the tube and equidistant from each other along the tube. Pins 51, 53, 54 and 56 are of equal length and somewhat shorter than the radial distances of plates 30 and 31, while pins 52 and 55 are of equal length and are somewhat shorter than pins 51, 53, 54 and 56.
The pins 53 and 54 are diametrically opposed to the pins 56 and 51 respectively and the longitudinal axes of the pins 51, 53, 54 and 56 are disposed at angles of 45 with respect to the longitudinal plane pressing through the axes of the plates 30. and 31. The pins 52 and 55 are diametrically opposed to each other and their longitudinal axes are arranged at angles of 90 with respect to the longitudinal plane passing through the axes of the plates 30 and 31.
<Desc / Clms Page number 5>
As shown in Fig. 8 for the tubes 17 to 23, the tubes of the adjacent rows are staggered with respect to each other and the tubes are placed so that the plates 30 extend in the general direction. The rate of gas flow, indicated by arrows 26, through the economizer tube bundle.
Pins 51 to 56 have a section particularly suitable for ensuring perfect heat transmission and the rows of pins 53 and 54 closest to the plates 30 are effective in causing not only a greater quantity of circulating gas to sweep the plates. 30 but increases. also the surface or area of the plates which are effectively swept by the circulating gases.
For ease of understanding, assuming that the arrow 100 in Figure 8 indicates the general direction of gas flow past the upper right quadrant of tube 21 when there are no corresponding pins. at the pins 54, when these pins are added the gases which approach them in the direction of the arrow 100 are then deflected towards the plate 30 and the pocket 102 between the tube 21 and the plate 30. This deviation can be represented by comparing the relative position of arrows 104 and 100. This gives the gases greater efficiency in imparting heat to the fluid inside the tubes, because the gases effectively sweep or rub larger portions of the surfaces of the plates 30. , while the amount of gas directed to a plate in a given time is increased.
This correlation of the surface amplifying elements leads to a notable increase in efficiency by making it possible to achieve, for a given external surface of the tubes and surface amplifying elements, degrees of heat transmission higher than would be possible. otherwise, while keeping the draft loss within allowable limits.
The conditions relating to the circulation of gases on a bundle of tubes constructed according to the invention appear more clearly in figure 10 of the drawings, in which the tubes 22 and 23 can be regarded as the first tubes with which the gases come into contact in contact with each other. flowing in the direction indicated by the parts of the marooned gas flow lines 300 to 312. Considering tube 23, the gases first meet pins 51 which extend obliquely to the direction of the gas flow, and the effect on the gas flow is to deflect it to make it more exactly normal to a plane enclosing the longitudinal axes of the pins.
This action is evident from the comparison of sections 315 to 318 with sections 308 to 311 of the flow lines. ,
After leaving pins 51, the gases meet the conductive edges of pin row 52 in the direction indicated by sections 320-323 of the flow lines. Here again, the gases are deflected normal to a plane enclosing the longitudinal axes of the pins and they also tend to move rearwardly of the tube, as can be seen from the comparison of sections 330 to 333 with sections 320 to 323 flow lines.
The pins 52 therefore deflect gases to the surface or upper quadrant of the tube, and in this way more gas comes into contact with the surface of the tube.
This effect is amplified by the action of the long pins 53 which, as shown in sections 340 to 343 of the flow lines, deflect gases up the tube and down to the base of the plates 30.
<Desc / Clms Page number 6>
It will be seen that the sections of the flow lines adjacent to the upper quadrant of the tube are closer together than the sections of the flow lines below the tube and that some of the flow lines are directed towards the plates in the vicinity of the tube. the basis or birth of these. A similar action occurs along each side of all the tubes in the arrangement shown.
By way of example, in a particular embodiment of the economizer, successive rows of tubes in the direction of the gas path are spaced 31/2 "from each other; axes of the tubes of each row are spaced 3 "apart; the tubes have an external diameter of IIn; diametrically opposed upper and lower plates 30 and 31 are about 1 1/8 "in length in the radial direction and about 1/16" thick at their tops and 1/4 "at their bases or births;
the middle pins 52 and 55 have a width of "and a length of 5/8" and the other pins 51 53, 54 and 56 have the same width but are appreciably longer, for example exceeding by 1/411 the pins 52 and 55 in such a way that they advance over almost the entire length thereof.
Adjacent economizer tubes which are in the same transverse plane to the gas stream are connected to the front of the economizer by return or 180 elbows such as those shown at 110 to 127 in the figures 5 and 7, and the pairs of tubes connected by these 180 elbows and juxtaposed with each other in the direction of the gas path are connected to the rear of the economizer by inclined 180 bends such as those indicated at 140 to 146 in FIG. 7 to form a continuous circuit Each circuit receives its fluid through an inlet tube such as that shown in
150 in Figures 5 and 6, connected to an inlet manifold 152, and the liquid to be heated in the circuit circulates in the tubes and the 180 elbow fittings of these tubes,
from top to bottom to go into the outlet tube 154 and from there to the outlet manifold 156. From this manifold the heated liquid goes through a tubular connection such as that shown at 158 in the cylindrical vapor body and water 160 from the boiler.
As shown in Figures 3 to 7, the economizer tubes are supported by protrusions on the elbow fittings. Thus, the protrusions 170 to 179 start from the elbow fittings of each circuit at the front of the economizer to engage openings of a corresponding vertical support bar or plate 180 and the protrusions 182 to 190 start from a Similarly, the circuit elbow fittings at the rear of the economizer engage openings in a corresponding vertical support bar or plate 191.
In comparison to its weight and the space occupied, the economizer shown offers a relatively large and extremely efficient surface area for heat exchange under the gas sweep. The use of the economizer allows a noticeable reduction in the extent of the tubular surface necessary to achieve a given result and consequently a saving in the metal employed and in the space required. At the same time, the resistance offered to the passage of gas through the economizer is reduced.
The economizer is particularly suitable for use in marine installations and especially in warships where it is of the greatest importance that any part of the steam generating installation presents the most
<Desc / Clms Page number 7>
great lightness and the smallest possible dimensions. In comparative tests on competing economizers, the economizer shown was found to possess a significantly higher degree of heat transfer than the others for the same mass of circulating gas. These tests have also shown that the use of the economizer shown makes it possible to achieve a significantly higher yield than the yields obtained by competing economizers without increasing the resistance offered to the gases.
In the construction mode shown in Figures 11, 12 and 13, the elbow fittings of each circuit at the front of the economizer are provided with access mounts 200 to 209, advantageously of the type described in British Patent No. 565,585 , which also function as supports by engaging in openings in a corresponding vertical support bar or plate 180. When this type of mounts are used, access can be gained to the interior of the two economizer tubes connected by a mount by removing the outer panel 220 of the box, the inner panel 222 and the removable assembly part 400 of the trim.
Figures 2, 3 and 13 of the drawings show a soot blower comprising a rotating tube 230, extending through the economizer tube bundle and one of the casing panels 232, on one side of the box. the economizer.
This soot blower is suitably connected to a source of steam and to a device by which the soot blower is periodically operated.
CLAIMS ---------------------------
1) Tubular heat exchanger, characterized by a series of suitably spaced tubes intended to be subjected externally to a transverse current of a fluid and each provided, under conditions ensuring good heat transmission, with surface amplifying elements comprising a longitudinal fin projecting in the general direction of the passage of the fluid over the tube, and a row of pins suitably spaced on either side of the fin, such that the fluid, at least in the vicinity of the base or birth of each spindle,
approaches this in an oblique direction and that the shortest path for the passage of fluid across the spindle is directed more towards the base of the fin than the path in said oblique direction across the spindle , or, in other words, is deflected towards the base of the fin.
2) Tubular heat exchanger, characterized by a series of suitably spaced tubes, intended to be scanned externally by a transverse stream of a fluid and each provided, under conditions ensuring good heat transmission, with surface amplifying elements comprising a longitudinal fin projecting in the general direction of the fluid path on the tube and a row of suitably spaced pins extending over one of the quadrants of the tube on one side of the fin and a row of pins suitably spaced extending to the quadrant of the tube on the other side of the fin.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.