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CHAUDIERE A CHAUFFAGE INDIRECT COMPORTANT UN ECHANGEUR DE CHALEUR INCORPORE
AU COLLECTEUR.
La présente invention est relative à une chaudière à chauffage indirect, comportant, incorporé au collecteur, un échangeur de chaleur entre deux fluides.
Il est notoire que la circulation de l'eau dans une chaudière entraîne deux inconvénients: d'une part, des incrustations dues aux dépôts laissés par l'eau et, d'autre part, des corrosions chimiques résultant de la condensation des fumées lorsque la température dans les conduites est inférieure au point de condensation. Ce dernier inconvénient est particulièrement grave lorsque, comme cela se produit dans les installations de chauffage, la température de l'eau à l'entrée est très basse. Les chaudières de ce type sont construites en fonte et quelquefois méme en cuivre ou en acier inoxydable, en vue d'éviter les corrosions chimiques.
Il y a lieu de tenir compte également de l'inconvénient résultant du fait que les condensations forment avec les acides et la suie , des couches isolantes, qui constituent de très mauvais conducteurs de la chalsur.
La présente invention a pour objet une chaudière en acier de construction fort simple, susceptible d'éviter, en maintenant un rendement élevé, les incrustations calcaires dans les tubes, et partant tout danger d'explosion, ainsi que lescorrosions chimiques dues à l'action des fumées.
La chaudière suivant l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'elle comporte une circulation d'eau à cycle fermé et des éléments tubulaires, parcourus par le liquide à chauffer ou à vaporiser, dispo- sés à l'intérieur du collecteur de la chaudière, de manière à éviter les incrustations dans les éléments de cette dernière et à permettre la réalisation d'une circulation rapide et active de l'eau, ce qui, dans le cas des chaudières à haute ou à basse pression, permet de réduire la différence de
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température entre l'eau qui sort des tubes bouilleurs et celle qui entre par les tubes de descente,de façon que cette dernière ait une température supérieure au point de condensation.
L'invention sera du reste mieux comprise par la description de formes de réalisation, donnée ci-après, à titre d'exemples non limitatifs et avec référence aux dessins annexés.
La figure I est une vue schématique en élévation et en coupe partielle d'un détail d'une première forme de réalisation d'une chaudière se lon l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe d'une conduite de l'échangeur de chaleur et comportant des ondulations pour les dilatations thermi- que s
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de conduite de l'échangeur.
La figure 4 représente un détail de l'extrémité de la conduite de l'échangeur. les figures 5 et 6 sont des vues schématiques de deux formes de réalisation d'un collecteur multitubulaire avec échangeur pour l'eau de chauffage et de vaporisation.
La figure 7 est une vue schématique d'un collecteur multitubulaire avec échangeur pour la production de vapeur.
La figure 8 est une vue schématique en coupe transversale d'une chaudière à circulation principale d'eau chaude.
La figure I représente la partie supérieure d'une chaudière à un seul collecteur A dans lequel débouchent manière connue, des tubes B d'amenée et de descente de l'eau. La référence I indique le niveau de l'eau dans le collecteur A, la zone supérieure étant occupée par la vapeur. Le collecteur A comporte deux ouvertures cylindriques opposées et bridées, 2 et 3, avec lesquelles coopèrent respectivement les plaques 4 et 5 solidai- , res des extrémités des tubes 6 traversant horizontalement le collecteur et constituant un échangeur de chaleur. Dans les conduites 6 circule l'eau à chauffer ou à vaporiser qui, entrant par le raccord bridé 7, sort par le raccord 8 pour recevoir son utilisation.
L'eau de la chaudière effectue en conséquence une circulation limitée au collecteur A et aux tubes B d'amenée et de descente de l'eau. La vapeur produite dans le collecteur A cède ses calories au liquide à utiliser qui passe par les conduites 6, se condense sur celle-ci et retombe dans le collecteur. La circulation, étant donné le parcours limité et les pertes de charge restreintes, est particulièrement active dans le cas de chaudière à haute pression, ce qui permet de limiter la différence de température entre l'eau d'entrée dans le collecteur A et l'eau contenue dans les parties inférieures des tubes de descente B; la température minima étant en tout cas supérieure au point de condensation de l'eau, on évite par conséquent la formation de condensation corrosives à la surface des tubes en contact avec les gaz.
Les conduites 6 peuvent être pourvues d'ondulations ou d'autres caractéristiques similaires (voir fig. 2) servant à préserver l'ensemble contre les sollicitations exercées par les dilatations thermiques de toute genre.
Selon la forme de réalisation représentée à la fig. 3, le collecteur A' comporte une seule ouverture bridée 2', tandis que la plaque 4', coopérant avec ladite ouverture, soutient une des extrémités d'éléments tubulaires 6' qui, étant réunis par couple à leur autre extrémité au moyen d'un raccord 9, forment des tubes en U.
L'eau pénètre par la conduite 7' et sort par la conduite 8' .
Ces deux conduites sont portées par un élément à deux chambres séparées, représentant l'une le collecteur d'entrée, l'autre, celui de sortie des différentes conduites 6'. Ces dernières comportent chacune un bouchon d'ex-
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trémité 10, amovible et permettant l'élimination des incrustations. les conduites 6' sont ainsi accessibles à leurs extrémités, l'échangeur de cha- leur pouvant être rapidement séparé du collecteur.
La fig. 4 donne une variante de raccordement des extrémités destubes de l' échangeur . Ces tubes 6" sont directement reliés entre eux et présentent à leur extrémité commune un seul bouchon d'inspection 10".
La fig. 5 représente un détail d'un collecteur de type à éléments tubulaires multiples 12 communiquant d'une part, entre eux, d'au- tre part, avec les tubes de descente 14 au moyen de raccords verticaux et, horizontaux 13. Un tube d'eau ou bouilleur 15 est en communication avec un élément intermédiaire 12. les deux éléments 12, les plus hauts placés, sont pourvus chacun d'un échangeur de chaleur à tube longitudinal 16, du type représenté aux fig. 1 à 4, par exemple. L'eau sénétre par l'embouchu- re 17, parcourt les tubes de l'échangeur de ganche, passe ensuite par le rac- cord de droite et sort par la conduite 19 vers le lieu de son utilisation.
Ie s tubes 16 de l'échangeur se trouvent dans la zone de la vapeur du collecteur, la surface du liquide, indiquée par le tube de niveau
20, se maintenant en un point situé entre les éléments 12 inférieurs et les éléments 12 intermédiaires..
La forme de réalisation de la fig. 6, dans laquelle lesor- ganes correspondant à ceux de la fig. 5 sont marqués par les mêmes signes de référence accompagnés d'une apostrophe, est analogue en ce qui concerne les éléments tubulaires du collecteur. Les éléments tubulaires 12' sont toutefois situés é des hauteurs différentes, de façon à obtenir, malgré la variation de niveau, une surface de vaporisation pratiquement constante, ou, tout au plus, soumise à des variations fort limitées.
Sur les fig. 5 et 6, 21 et 21' représentent respectivement une conduite appelée à relier les éléments tubulaires 12 et 12' supérieurs La fig. 7 montre un collecteur multitubulaire, du genre représenté à la fig. 6, dont les parties correspondantes sont marquées par les mêmes signesde référence accompagnés de deux apostrophes ; toutefois le collecteur de la fig. 7 comporte un échangeur de chaleur avec l'eau de chauffage, échangeur qui à son tour est solidaire d'un autre collecteur dans lequel s'opère la séparation entre la vapeur et l'eau chauffée dans l'échangeur, pour une ultérieure production de vapeur. le collecteur du liquide destiné à la vaporisation est également du genre multitubulaire, dont les éléments 22 communiquent entre eux par des raccords 23.
Dans l'exemple représenté, les éléments 22 sont prévus au nombre de quatre et sont situés, les uns par rapport aux autres, à angle droit. La conduite 19" de sortie de l'échangeur 16" est raccordée' à un des éléments 22 supérieurs, c'est-à-dire qu'elle atteint la zone de vaporisation, le niveau liquide révélé par l'indicateur 24 étant en fait situé entre les éléments supérieurs et inférieurs. La conduite 17" de sortie du collecteur séparateur supérieur et amenant l'eau à l'entrée de l'échangeur 16", part en revanche de l'un des éléments 22 inférieurs. La vapeur engendrée sort par l'embouchure 25, tandis que l'eau de condensation rentre dans le sépateur par la conduite 26.
La figure 8 représente une chaudière à eau chaude pour thermosiphon. La chaudière est constituée par des tubes d'eau 27, disposés de manière à réaliser une chambre intérieure pour le passage des fumées. Les tubes d'eau 27 sont reliés à leur extrémité inférieure, avec le tube collecteur 28 et, à leur extrémité supérieure, avec l'élément tubulaire collecteur 29 communiquant, par l'intermédiaire du tube ascendant 30, avec un récipient d'expansion non représenté. Iss tubes de descente sont indiqués par 31.
Les conduites longitudinales 32 de l'échangeur de chaleur, qui passent dans le collecteur sont immergées dans l'eau chaude de la chaudière, et sont elles-mêmes parcourues par l'eau d'utilisation, qui sort à l'extrémité de la conduite 33 pour rejoindre les radiateurs de chauffage à eau chaude, un deuxième récipient d'expansion faisant partie du circuit des thermosiphons. L'eau d'alimentation de la chaudière est débitée par la con-
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duite 34.-
Selon les solutions proposées et schématisées aux fig. 5, 6' et 7, les conduites 16 de l'échangeur sont situées de manière telle que les gouttes de l'eau condensée à l'extérieur desdites conduites tombent directement dans le collecteur sans rencontrer d'autres tubulures, ce qui permet de donner à l'échangeur une plus grande efficacité.
Dans les chaudières industrielles, le faisceau tubulaire de l'échangeur thermique ne pourrait être convenablement disposé avec un seul collecteur, car ledit faisceau tubulaire occuperait une bonne partie du volume disponible et permettrait le passage de l'eau dans l'espace normalement réservé à la chambre de la vapeur, ce qui provoquerait ainsi une instabilité de niveau et des entraînements d'eau dans la conduite de vapeur.
Dans les chaudières du genre multitubulaire illustré aux fig. 5, 6 et 7, cet inconvénient peut être évité en aménageant :Les conduites de l'échangeur dans les éléments tubulaires les plus hauts placés.
Il est évident que., sans sortir du cadre de la présente demande de brevet, bien des modifications de détails pourraient être apportées à la forme de réalisation décrite ci-avant et représentée aux dessins.
REVENDICATIONS.
I. Chaudière à chauffage indirect, caractérisée en ce qu'elle comprend une circulation d'eau à cycle fermé et des éléments tubulaires parcourus par le liquide à chauffer et à vaporiser, disposés à l'intérieur du collecteur de la chaudière de manière à éviter les incrustations dans les éléments de la chaudière et à permettre l'obtention d'une circulation très active et rapide de l'eau de la chaudière ce qui, dans le cas d'une chaudière à haute ou à basse pression, permet de réduire la différence de température entre l'eau sortant des tubes bouilleurs et celle entrant par les tubes de descente, de façon que cette dernière soit maintenue à une température supérieure au point de condensation.
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INDIRECT HEATING BOILER WITH AN BUILT-IN HEAT EXCHANGER
TO THE COLLECTOR.
The present invention relates to an indirect heating boiler, comprising, incorporated in the manifold, a heat exchanger between two fluids.
It is well known that the circulation of water in a boiler causes two drawbacks: on the one hand, incrustations due to deposits left by the water and, on the other hand, chemical corrosions resulting from the condensation of the fumes when the temperature in the pipes is below the dew point. This last drawback is particularly serious when, as happens in heating installations, the temperature of the water at the inlet is very low. Boilers of this type are made of cast iron and sometimes even of copper or stainless steel, in order to avoid chemical corrosions.
Account should also be taken of the drawback resulting from the fact that the condensations form, with the acids and the soot, insulating layers, which constitute very poor conductors of the heat.
The present invention relates to a steel boiler of very simple construction, capable of avoiding, while maintaining high efficiency, calcareous encrustation in the tubes, and therefore any danger of explosion, as well as chemical corrosion due to the action. fumes.
The boiler according to the invention is essentially characterized in that it comprises a closed-cycle water circulation and tubular elements, through which the liquid to be heated or to be vaporized, and placed inside the manifold of the boiler. , so as to avoid encrustation in the elements of the latter and to allow the realization of a rapid and active circulation of water, which, in the case of high or low pressure boilers, allows to reduce the difference of
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temperature between the water leaving the boiling tubes and that entering through the down tubes, so that the latter has a temperature above the dew point.
The invention will moreover be better understood from the description of embodiments, given below, by way of non-limiting examples and with reference to the accompanying drawings.
Figure I is a schematic elevational view in partial section of a detail of a first embodiment of a boiler according to the invention.
Figure 2 is a sectional view of a pipe of the heat exchanger and comprising corrugations for thermal expansions.
FIG. 3 is a view in longitudinal section of a variant of the exchanger pipe.
FIG. 4 shows a detail of the end of the exchanger pipe. FIGS. 5 and 6 are schematic views of two embodiments of a multitubular manifold with exchanger for the heating and vaporization water.
FIG. 7 is a schematic view of a multitubular manifold with exchanger for the production of steam.
Figure 8 is a schematic cross-sectional view of a main circulation boiler for hot water.
FIG. I represents the upper part of a boiler with a single manifold A into which open pipes B for supplying and lowering the water in known manner. Reference I indicates the level of water in collector A, the upper zone being occupied by steam. The collector A has two opposite cylindrical openings and flanged, 2 and 3, with which respectively cooperate the plates 4 and 5 integral with the ends of the tubes 6 horizontally crossing the collector and constituting a heat exchanger. In the pipes 6 circulates the water to be heated or vaporized which, entering through the flanged connection 7, leaves through the connection 8 to receive its use.
The water in the boiler consequently circulates limited to the collector A and to the pipes B for supplying and lowering the water. The vapor produced in the collector A yields its calories to the liquid to be used which passes through the pipes 6, condenses thereon and falls back into the collector. The circulation, given the limited path and the restricted pressure drops, is particularly active in the case of a high pressure boiler, which makes it possible to limit the temperature difference between the water entering the collector A and the water contained in the lower parts of the downpipes B; the minimum temperature being in any case greater than the condensation point of water, the formation of corrosive condensation on the surface of the tubes in contact with the gases is consequently avoided.
The pipes 6 can be provided with corrugations or other similar characteristics (see FIG. 2) serving to protect the assembly against the stresses exerted by thermal expansions of any kind.
According to the embodiment shown in FIG. 3, the collector A 'has a single flanged opening 2', while the plate 4 ', cooperating with said opening, supports one of the ends of tubular elements 6' which, being joined by couple at their other end by means of ' a connector 9, form U-shaped tubes.
The water enters through line 7 'and leaves through line 8'.
These two pipes are carried by an element with two separate chambers, one representing the inlet manifold, the other the outlet manifold of the different pipes 6 '. The latter each have an ex-
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end 10, removable and allowing the removal of incrustations. the pipes 6 'are thus accessible at their ends, the heat exchanger being able to be rapidly separated from the manifold.
Fig. 4 gives a variant of the connection of the ends of the exchanger tubes. These tubes 6 "are directly connected to each other and have at their common end a single inspection plug 10".
Fig. 5 shows a detail of a manifold of the type with multiple tubular elements 12 communicating on the one hand, with each other, on the other hand, with the down tubes 14 by means of vertical and horizontal connectors 13. A tube d. The water or boiler 15 is in communication with an intermediate element 12. the two elements 12, the highest placed, are each provided with a longitudinal tube heat exchanger 16, of the type shown in FIGS. 1 to 4, for example. The water collects through the mouthpiece 17, passes through the tubes of the leg exchanger, then passes through the right-hand connection and leaves through line 19 to the place of use.
The exchanger tubes 16 are located in the vapor zone of the manifold, the surface of the liquid, indicated by the level tube
20, remaining at a point between the lower elements 12 and the intermediate elements 12.
The embodiment of FIG. 6, in which the organs corresponding to those of FIG. 5 are marked by the same reference signs accompanied by an apostrophe, is similar with regard to the tubular elements of the manifold. The tubular elements 12 'are however located at different heights, so as to obtain, despite the variation in level, a practically constant vaporization surface, or, at the most, subject to very limited variations.
In fig. 5 and 6, 21 and 21 'respectively represent a pipe intended to connect the upper tubular elements 12 and 12'. FIG. 7 shows a multitubular collector, of the kind shown in FIG. 6, the corresponding parts of which are marked by the same reference signs accompanied by two apostrophes; however, the collector of FIG. 7 comprises a heat exchanger with the heating water, an exchanger which in turn is integral with another manifold in which the separation between the steam and the water heated in the exchanger takes place, for a subsequent production of steam. the liquid collector intended for vaporization is also of the multitubular type, the elements 22 of which communicate with each other by connectors 23.
In the example shown, the elements 22 are provided four in number and are located relative to each other at right angles. The outlet pipe 19 "of the exchanger 16" is connected to one of the upper elements 22, that is to say it reaches the vaporization zone, the liquid level revealed by the indicator 24 being in fact located between the upper and lower elements. The outlet pipe 17 "from the upper separator manifold and bringing water to the inlet of the exchanger 16", on the other hand, leaves from one of the lower elements 22. The vapor generated exits through the mouth 25, while the condensed water enters the separator through line 26.
FIG. 8 represents a hot water boiler for a thermosiphon. The boiler consists of water tubes 27, arranged so as to provide an interior chamber for the passage of the fumes. The water tubes 27 are connected at their lower end, with the collecting tube 28 and, at their upper end, with the tubular collecting element 29 communicating, via the riser tube 30, with an expansion vessel not represented. Iss downpipes are indicated by 31.
The longitudinal pipes 32 of the heat exchanger, which pass through the collector are immersed in the hot water of the boiler, and are themselves traversed by the use water, which exits at the end of the pipe 33 to join the hot water heating radiators, a second expansion vessel forming part of the thermosyphons circuit. The boiler feed water is discharged from the con-
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According to the solutions proposed and shown diagrammatically in FIGS. 5, 6 'and 7, the pipes 16 of the exchanger are located in such a way that the drops of the water condensed outside said pipes fall directly into the collector without encountering other pipes, which makes it possible to give at the exchanger greater efficiency.
In industrial boilers, the tube bundle of the heat exchanger could not be suitably arranged with a single manifold, because said tube bundle would occupy a good part of the available volume and allow the passage of water in the space normally reserved for the steam chamber, causing level instability and water carry-over in the steam line.
In boilers of the multitubular type illustrated in fig. 5, 6 and 7, this drawback can be avoided by fitting: The exchanger pipes in the highest placed tubular elements.
It is obvious that, without departing from the scope of the present patent application, many modifications of details could be made to the embodiment described above and shown in the drawings.
CLAIMS.
I. Indirect heating boiler, characterized in that it comprises a closed cycle water circulation and tubular elements through which the liquid to be heated and vaporized, arranged inside the boiler manifold so as to avoid incrustations in the boiler elements and to allow a very active and rapid circulation of the boiler water to be obtained which, in the case of a high or low pressure boiler, makes it possible to reduce the temperature difference between the water leaving the boiling tubes and that entering through the down tubes, so that the latter is maintained at a temperature above the dew point.