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il CHAUDIERE "
La présente invention est relative à des per- fectionnements aux chaudières du type général dans lequel l'eau à chauffer ou. à convertir en vapeur passe dans un ou plusieurs serpentins placés dans une chambre de chauffe.
Les chaudières du type général auquel l'invention a trait sont faits d'habitude avec plusieurs tubes à eau portés à distance les uns des autres de manière à permettre aux gaz chauds de la combustion de passer, en sortant de la
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chambre de chauffe, dans les espaces compris entre les tubes. Dans certains cas, les tubes à eau sont rectilignes et,sont dans la chambre de chauffe ou au dessus. Dans d'autres cas, les tubes à eau peuvent être des serpentins à spires écartées de manière à permettre à la chaleur de passer latéralement d'une chambre de chauffe centrale dans les passages constitués par les spires espacées des serpentins.
Selon l'invention, les tubes à eau sont des serpentins ou sont autrement recourbés suivant des formes appropriées et ils sont disposés en plusieurs groupes concentriques. Les tubes du groupe intérieur sont en contact étroit les uns avec les autres de manière à délimiter une chambre de combustion fermée sur les côtés et à un bout, mais ouverte à l'autre bout pour recevoir un com- bustible liquide ou gazeux et à constituer une sortie pour les gaz de combustion chauds provenant de la chambre de combustion. Le groupe voisin suivant de tubes d'eau entoure le premier groupe ; une distance voulue pour constituer un passage entourant le groupe intérieur et communiquant avec l'extrémité ouverte de la chambre de combustion. Ce passage va de l'extrémité ouverte de la chambre de combus- tion à une sortie de la chaudière.
Une série d'hélices ou d'éléments d'un autre type approprié de surfaces en saillie absorbant la chaleur est placée dans le passage compris entre ces groupes voisins de tubes et ces éléments sont reliés métalliquement aux tubes d'un groupe, de pré- férence le groupe intérieur. On peut aussi disposer des sur- faces analogues, absorbant la chaleur, dans la chambre de combustion et les fixer sur des parties des tubes délimi- tant cette chambre. les surfaces allongées absorbant la chaleur
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peuvent également être de formes différentes. Dans certains cas, ce peuvent être des hélices logées dans des creux constitués par des spires voisines des tubes à eau.
Dans d'autres cas, ces surfaces peuvent être des hélices dis- tinctes, des boucles partielles ou des aubes reliées métal- liquement aux surfaces extérieures des tubes à eau et s'avançant dans les passages compris entre les groupes voisins de tubes.
L'extrémité ouverte de la chambre de combustion et l'extrémité voisine du passage compris entre les groupes intérieur et extérieur de tubes à eau sont fermés par une plaque amovible, fixée de façon détachable sur un logement extérieur de la chaudière. Un bec servant à introduire du combustible liquide ou gazeux dans la combustion et une chambre de mélange sont convenablement fixés sur cette plaque de fermeture et s'avancent dans l'extrémité ouverte de la chambre de combustion. De préférence,ales tubes à eau sont placés tout près de la plaque de fermeture de manière à protéger celle-ci contre les températures élevées.
Par suite, les spires d'extrémité du groupe intérieur de tubes à eau sont écartées de manière à permettre aux gaz chauds de passer de la chambre de combustion dans le passage compris entre les groupes voisins de tubes.
Les différents groupes de tubes sont fixés de façon amovible, les uns aux autres, l'eau pouvant ainsi pénétrer dans le groupe extérieur puis dans le groupe in- térieur immédiatement voisin et un ou plusieurs groupes pouvant être facilement débranchés et retirés de la chau- dière, sans gêner la position des autres groupes.
On va décrire une forme de réalisation de l'inven- tion, en se référant au dessin annexé dans lequel:
La figure 1 est une coupe longitudinale d'une
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chaudière à tubes à eau, comprenant deux groupes de tubes concentriques. la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1.
La figure 3 est une coupe de détail représentant comment des surfaces absorbant la chaleur, en saillie, en forme d'hélices, sont liées métalliquement aux éléments voisins d'un tube à eau.
La figure 4 est une vue de détail représentant une série d'éléments distincts, absorbant la chaleur, reliés métalliquement à la surface extérieure d'un tube à eau.
Le système de chaudière selon l'invention comporte des groupes ou faisceaux de tubes à eau, disposés concen- triquement, de manière à délimiter un espace entre les groupes voisins. On peut modifier le nombre des faisceaux de tubes.de manière à les adapter à la capacité de la chaudière ou aux conditions spéciales d'utilisation de la chaudière. Pour simplifier la représentation, les tubes à eau de la chaudière représentée sont disposés concentri- quement de manière à constituer un espace 12 entre eux et ils sont enfermés dans une enveloppe extérieure 13.
Celle-ci est fermée; à un coût, par une tête !fixe 14 et, à'l'autre, par une plaque facilement amovible 15, fixée sur des brides, retournées vers l'extérieur, de l'enveloppe, à l'aide de dispositifs de serrage permettant de mettre en place et d'enlever commodément la plaque de fermeture5.
Le groupe intérieur 10 de tubes à eau comporte deux éléments de tuyauterie 16 et 17 en forme de serpentins ou ils sont autrement incurvés autour d'un axe commun de sorte que les spires de l'un alternent avec les spires de l'autre. De cette façon les tubes 16 et 17 peuvent être
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relativement courts et le pas des spires peut ainsi per- mettre une circulation rapide de l'eau, tout en permettant, en même temps de mettre les tubes en contact intime. les tubes 16 et 17 forment ainsi des parois latérales fermées de la chambre de combustion 18. Les extrémités de sortie de ces tubes 16 et 17 forment des spirales 19 et 20 (fig.2) dont les tubes sont en contact de manière à fermer une extrémité de la chambre 18.
L'espace 21 compris entre l'extrémité fermée 22 de la chambre 18 et l'extrémité fermée 14 de l'enveloppe extérieure forme chambre de sortie pour les produits de la combustion. Les produits sortent en 23.
Les extrémités en spirale 19 et 20 des tubes 17 et 18 sont reliées à un collecteur 24 d'où part un tuyau de sortie 25. De préférence, la surface extérieure de spirales 19 et 20 est recouverte d'une matière céramique 26 de manière à fermer complètement cette extrémité de la chambre 18. Un couvercle 27 est encore appliqué sur ces spirales pour maintenir la matière céramique en place et empêcher que les gaz chauds de la combustion passent de l'extrémité fermée de la chambre de combustion dans la chambre de sortie 21.
Le groupe extérieur 11 de tubes à eau comporte deux éléments de tuyauterie 28 et 29 qui sont des serpentins ou des tubes incurvés autour d'un axe commun comme les tubes 16 et 17 du groupe intérieur 10. Le groupe extérieur, comme on le voit, entoure le groupe intérieur, à une certaine distance, de manière à former le passage de sortie 12 par lequel les gaz chauds de la combustion vont de la chambre de combustion 18 à la chambre de sortie 21. Les spires d'extrémités 28a et 29a du groupe extérieur sont reliés, de façon amovible, par des raccords 30 à une conduite d'alimen-
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tation 31, servant à amener des quantités égales d'eau aux deux tubes 29 et 30.
Les autres extrémités 28b et 29b de ces tubes 28 et 29 sont reliés de façon amovible, à l'aide de raccords 32, aux extrémités d'entrée des tubes 16 et 17 formant le groupe intérieur. Les spires de ce groupe qui sont voisines du couvercle amovible,sont, de préférence, écartées les unes des autres de manière à venir près du couvercle amovible et protéger ainsi celui-ci contre les températures élevées et également à former des passages de sortie 34 servant à relier l'extrémité de sortie de la chambre de combustion 18 avec le passage de sortie 12 de la chaudière.
Un système de bec 35 sert à amener du combustible liquide ou gazeux dans la chambre de combustion 18. Il est, de préférence, monté sur une bride 3 6 fixée de façon amo- vible sur la surface extérieure de la fermeture amovible 15.
On remarquera, par suite, que l'on peut facilement enlever ce bec pour l'examiner et le .réparer, sans déranger les autres parties de la chaudière. Un dispositif 37, formant chambre de mélange et d'allumage 38, est fixé sur la face intérieure du couvercle amovible 15, il entoure l'extrémité de sortie du bec 35 et fait saillie, au centre, dans la chambre de combustion 18. Une quantité appropriée d'air de combustion peut arriver au brûleur par le tuyau 39.
On voit que les tubes à eau 16 et 17, se touchant les uns les autres, forment une chambre de combustion fermée 18 dans laquelle'la surface intérieure de la chambre à une configuration nnu@use étant donné que les tubes à eau, au contact les uns des autres, constituent, en fait, une série d'ondulations en hélice s'étendant autour de la surface intérieure de la chambre de combustion. Le combustible allumé, venant de la chambre de mélange 38 et arrivant au centre de la chambre de combustion 18 en allant vers son
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extrémité fermée, brûle dans cette chambre avec une grande turbulence de sorte que les produits chauds de la combustion tourbillonnent constamment dans la chambre de combustion et viennent au contact de sa paroi intérieure sinueuse.
Cette orme sinueuse de la surface interne de la chambre donne une grande surperficie d'absorption de chaleur et, en même temps, elle forme déflecteur augmentant la turbu- lence et le tourbillonnement des gaz dans la chambre. Les gaz chauds de la combustion sortent de la chambre 18 par les espaces 34 constitués, comme on l'a dit, en écartant les spires des tubes 16 et 17 à l'extrémité de sortie de la chambre de combustion. les parois du passage 12, constituées par les tubes des groupes intérieur et extérieur, ont une configuration sinueuse, analogue à celle de la surface intérieure de la chambre de combustion, ce qui, par suite, augmente la surface, absorbant la chaleur, des parois du passage.
Pour augmenter encore le rendement thermique de la chaudière, des dispositifs 40, formant surfaces en saillie, absorbant la chaleur, sont fixés à l'un ou l'autre des groupes de tubes à eau de manière à absorber la chaleur des gaz chauds et à la faire passer dans les tubes à eau.
Dans l'exemple actuel (fig. 1 et 2), les éléments 40 cons- tituant ces surfaces sont des hélices placées dans les rainures en hélice constituées par les/parois des tubes à eau voisins. Ces hélices sont, de préférence, reliées méta- lliquement aux tubes de manière à assurer une conduction efficace de la chaleur absorbée vers les parois des tubes.
La liaison métallique peut se faire d'une façon quelconque, y compris par soudure par points aux points de contact entre les hélices et les tubes à eau. En outre de cette liaison métallique directe entre les hélices et les tubes, on les
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recouvre, de préférence, d'un revêtement galvanisé . Le métal galvanisant se loge dans les crique et dans les interstices entre les tubes et aux points de contact des hélices 40, en augmentant ainsi la surface de la liaison conductrice de la chaleur.
On peut placer, de la même façon, des hélices supplémentaires 40a, sur la surface intérieure de la chambre de combustion, dans le passage de sortie des gaz constitué par les parois extérieures de la chambre de mélange 38 et les parois intérieures de la chambre de combustion 18.
L'espacement des groupes 10 et 11 de tubes à eau et la fixation des hélices 40, absorbant la chaleur, dans le passage 12, à un groupe de tubes seulement permet d'enlever facilement de la chaudière les groupes séparés de tubes et de les y replacer sans avoir à déplacer l'autre groupe. Par/exemple, on peut retirer de la chaudière le groupe intérieur 10 de tubes à eau, simplement en enlevant la plaque de fermeture 15, avec le système de brûleur qu'elle porte et en débranchant les raccords 32. Ceci fait, on peut retirer,tout le groupe intérieur avec les hélices absorbant la chaleur qui y sont fixées.
Pour constituer un support régulier pour le groupe intérieur de tubes à eau et pour faciliter son enlèvement et sa mise en place, on peut fixer une ou plusieurs barres métalliques 41 sur la surface intérieure du groupe extérieur
11 de tubes à eau. On a représenté sur le dessin quatre de ces barres 41. Toutefois, on peut en changer le nombre .pour satisfaire aux conditions.
A la place des hélices 40, on peut souder ou autrement fixer métalliquement sur les tubes à eau des éléments séparés, sous forme de bpucles ouvertes 42, comme
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on le voit sur la figure 4. Ces deux types représentés d'éléments absorbant la chaleur permettent librement la dilatation et la contraction des tubes à eau et ils ne gênent sensiblement pas l'écoulement des gaz de la chambre de combustion 18 à la chambre de sortie 21.
Bien que l'on ait décrit l'invention dans le cas particulier d'une chaudière a tubes à eau à chambre de combustion rentrante, il est évident que l'on peut modifier le nombre des groupes de tuoes et leurs disposition sans sortir du cadre de l'invention. Il est, en outre, évident que l'on peut également modifier, sans davantage sortir de ce cadre, la forme ou la disposition des éléments en saillie conduisant et absorbant la chaleur, fixés à un ou plusieurs groupes de tubes.
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he BOILER "
The present invention relates to improvements to boilers of the general type in which the water to be heated or. to be converted into steam passes through one or more coils placed in a heating chamber.
Boilers of the general type to which the invention relates are usually made with several water tubes placed at a distance from each other so as to allow the hot gases of the combustion to pass, leaving the chamber.
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heating chamber, in the spaces between the tubes. In some cases, the water tubes are straight and, are in the heating chamber or above. In other cases, the water tubes can be coils with spaced turns so as to allow the heat to pass laterally from a central heating chamber into the passages formed by the spaced turns of the coils.
According to the invention, the water tubes are coils or are otherwise curved into suitable shapes and they are arranged in several concentric groups. The tubes of the indoor unit are in close contact with each other so as to delimit a combustion chamber closed at the sides and at one end, but open at the other end to receive liquid or gaseous fuel and to constitute an outlet for the hot combustion gases coming from the combustion chamber. The next neighboring group of water tubes surround the first group; a desired distance to form a passage surrounding the indoor unit and communicating with the open end of the combustion chamber. This passage goes from the open end of the combustion chamber to an outlet of the boiler.
A series of helices or elements of another suitable type of heat-absorbing protruding surfaces are placed in the passage between these neighboring groups of tubes and these elements are metallically connected to the tubes of one group, pre- ference the interior group. It is also possible to place similar heat-absorbing surfaces in the combustion chamber and to fix them on parts of the tubes delimiting this chamber. elongated heat-absorbing surfaces
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can also be of different shapes. In some cases, they may be propellers housed in hollows formed by turns adjacent to the water tubes.
In other cases, these surfaces may be separate helices, partial loops, or vanes metal connected to the outer surfaces of the water tubes and extending into the passages between neighboring groups of tubes.
The open end of the combustion chamber and the end adjacent to the passage comprised between the inner and outer groups of water tubes are closed by a removable plate, detachably attached to an outer housing of the boiler. A nozzle for introducing liquid or gaseous fuel into the combustion and a mixing chamber are suitably attached to this closure plate and project into the open end of the combustion chamber. Preferably, the water tubes are placed close to the closure plate so as to protect the latter against high temperatures.
As a result, the end turns of the inner group of water tubes are spaced apart so as to allow hot gases to pass from the combustion chamber into the passage between the neighboring groups of tubes.
The different groups of tubes are removably attached to one another, water being able to enter the outside group and then into the immediately neighboring indoor group and one or more groups can be easily disconnected and removed from the heating system. dière, without hindering the position of the other groups.
An embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawing in which:
Figure 1 is a longitudinal section of a
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water tube boiler, comprising two groups of concentric tubes. Figure 2 is a section taken on line 2-2 of Figure 1.
Fig. 3 is a detail sectional showing how protruding, helical-shaped heat-absorbing surfaces are metallically bonded to neighboring members of a water tube.
Fig. 4 is a detail view showing a series of separate heat absorbing elements metallically connected to the outer surface of a water tube.
The boiler system according to the invention comprises groups or bundles of water tubes, arranged concentrically, so as to delimit a space between the neighboring groups. The number of tube bundles can be changed to suit the capacity of the boiler or the special conditions of use of the boiler. To simplify the representation, the water tubes of the boiler shown are arranged concentrically so as to constitute a space 12 between them and they are enclosed in an outer casing 13.
This is closed; at a cost, by a fixed head 14 and, at the other, by an easily removable plate 15, fixed on flanges, turned outwards, of the casing, by means of clamping devices allowing to conveniently put on and remove the closure plate 5.
The inner group 10 of water tubes has two pipe elements 16 and 17 in the form of coils or they are otherwise curved around a common axis so that the turns of one alternate with the turns of the other. In this way tubes 16 and 17 can be
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relatively short and the pitch of the turns can thus allow rapid circulation of water, while at the same time allowing the tubes to be placed in intimate contact. the tubes 16 and 17 thus form closed side walls of the combustion chamber 18. The outlet ends of these tubes 16 and 17 form spirals 19 and 20 (fig.2), the tubes of which are in contact so as to close a end of chamber 18.
The space 21 between the closed end 22 of the chamber 18 and the closed end 14 of the outer casing forms an outlet chamber for the products of combustion. The products come out in 23.
The spiral ends 19 and 20 of the tubes 17 and 18 are connected to a manifold 24 from which an outlet pipe 25 leaves. Preferably, the outer surface of the spirals 19 and 20 is covered with a ceramic material 26 so as to completely close this end of chamber 18. A cover 27 is still applied over these spirals to hold the ceramic material in place and prevent hot combustion gases from passing from the closed end of the combustion chamber into the outlet chamber 21.
The outer group 11 of water tubes comprises two piping elements 28 and 29 which are coils or tubes curved around a common axis like the tubes 16 and 17 of the inner group 10. The outer group, as seen, surrounds the inner group, at a certain distance, so as to form the outlet passage 12 through which the hot combustion gases go from the combustion chamber 18 to the outlet chamber 21. The end turns 28a and 29a of the outdoor unit are removably connected by couplings 30 to a supply line.
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station 31, serving to bring equal quantities of water to the two tubes 29 and 30.
The other ends 28b and 29b of these tubes 28 and 29 are removably connected, by means of fittings 32, to the inlet ends of the tubes 16 and 17 forming the inner group. The turns of this group which are adjacent to the removable cover are preferably spaced apart from each other so as to come close to the removable cover and thus protect the latter against high temperatures and also to form outlet passages 34 serving in connecting the outlet end of the combustion chamber 18 with the outlet passage 12 of the boiler.
A nozzle system 35 serves to supply liquid or gaseous fuel into the combustion chamber 18. It is preferably mounted on a flange 36 removably attached to the exterior surface of the removable closure 15.
It will be noted, therefore, that one can easily remove this nozzle for examination and repair, without disturbing the other parts of the boiler. A device 37, forming a mixing and ignition chamber 38, is fixed to the inner face of the removable cover 15, it surrounds the outlet end of the spout 35 and protrudes, in the center, into the combustion chamber 18. A an appropriate amount of combustion air can come to the burner through pipe 39.
It can be seen that the water tubes 16 and 17, touching each other, form a closed combustion chamber 18 in which the interior surface of the chamber has a nnu @ use configuration since the water tubes, in contact from each other, in effect, constitute a series of helical corrugations extending around the interior surface of the combustion chamber. The ignited fuel, coming from the mixing chamber 38 and arriving at the center of the combustion chamber 18 going towards its
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closed end, burns in this chamber with great turbulence so that the hot products of combustion constantly swirl in the combustion chamber and come into contact with its sinuous inner wall.
This sinuous elm of the internal surface of the chamber gives a large heat absorption surface and, at the same time, it forms a deflector increasing the turbulence and vortex of gases in the chamber. The hot combustion gases leave the chamber 18 through the spaces 34 formed, as has been said, by separating the turns of the tubes 16 and 17 at the outlet end of the combustion chamber. the walls of the passage 12, formed by the tubes of the interior and exterior groups, have a sinuous configuration, similar to that of the interior surface of the combustion chamber, which consequently increases the surface, absorbing heat, of the walls of the passage.
To further increase the thermal efficiency of the boiler, devices 40, forming protruding surfaces, absorbing heat, are attached to one or the other of the groups of water tubes so as to absorb the heat of the hot gases and to pass it through the water tubes.
In the current example (Figs. 1 and 2), the elements 40 constituting these surfaces are helices placed in the helical grooves formed by the walls of the neighboring water tubes. These helices are preferably metallically connected to the tubes so as to ensure efficient conduction of the heat absorbed towards the walls of the tubes.
The metallic connection can be made in any way, including by spot welding at the points of contact between the propellers and the water tubes. In addition to this direct metallic connection between the propellers and the tubes, they are
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preferably covered with a galvanized coating. The galvanizing metal becomes lodged in the cracks and in the interstices between the tubes and at the contact points of the helices 40, thus increasing the surface area of the heat-conducting link.
In the same way, additional propellers 40a can be placed on the interior surface of the combustion chamber, in the gas outlet passage formed by the exterior walls of the mixing chamber 38 and the interior walls of the combustion chamber. combustion 18.
The spacing of the groups 10 and 11 of water tubes and the attachment of the heat-absorbing propellers 40 in passage 12 to one group of tubes only allows the separate groups of tubes to be easily removed from the boiler and removed. replace it without having to move the other group. For example, the internal group 10 of water tubes can be removed from the boiler, simply by removing the closing plate 15, with the burner system it carries and by disconnecting the fittings 32. This done, it can be removed. , the entire interior unit with the heat-absorbing propellers attached to it.
To constitute a regular support for the internal group of water tubes and to facilitate its removal and its installation, one or more metal bars 41 can be fixed on the internal surface of the external group.
11 water tubes. Four of these bars 41 have been shown in the drawing. However, the number can be changed to meet the conditions.
Instead of the propellers 40, separate elements, in the form of open bpucles 42, as
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can be seen in Figure 4. These two types of heat absorbing elements shown freely allow expansion and contraction of the water tubes and they do not substantially impede the flow of gases from the combustion chamber 18 to the heat chamber. exit 21.
Although the invention has been described in the particular case of a water-tube boiler with a re-entrant combustion chamber, it is obvious that the number of groups of tuoes and their arrangement can be modified without departing from the scope. of the invention. It is, moreover, obvious that it is also possible to modify, without further departing from this framework, the shape or the arrangement of the projecting elements conducting and absorbing the heat, fixed to one or more groups of tubes.