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Réchauffeur à tubes verticaux.
La présente invention se rapporte à des réchauffeurs à tubes verticaux qui possèdent une enveloppe cylindrique et dans lesquels l'agencement des tubes est tel que le réchauffeur est particulièrement bien adapté pour chauffer de l'air ou d'autres substances gazeuses, étant bien entendu qu'il est susceptible d'applications plus générales. Différents objets et avantages du réchauffeur conforme à la présente invention ressortiront de la description qui va suivre.
La présente invention a pour objet un réchauffeur à tubes verticaux comprenant une chambre, plusieurs groupes de deux tubes écartés l'un de l'autre dans cette chambre, et plusieurs
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brûleurs à flamme orientée vers le haut, placés dans le fond de la chambre; cette chambre a un diamètre plus grand que sa hauteur et chacun des groupes de tubes comprend deux branches tubulaires trèsespacées l'une de l'autre, reliées entre elles à leur sommet par un coude de grand diamètre, ces deux branches s'étendant en direction du bas pour traverser le fond de la chambre;
l'une des branches de chaque groupe de tubes est placée à proximité immédiate de la paroi de la chambre et constitue un faisceau tubulaire externe tandis que l'autre branche de chaque groupe est parallèle au premier et espacé radialement de celui-ci vers le centre de la chambre pour former un faisceau tubulaire interne; un ou plusieurs brûleurs centraux sont disposés à l'intérieur de ce faisceau tubulaire interne, et plusieurs brûleurs sont dispo- sés circulairement entre le faisceau tubulaire interne et le faisceau tubulaire externe, grâce à quoi le faisceau intérieur est chauffé par rayonnement sur ses deux faces et le faisceau exté- rieur n'est chauffé par rayonnement que sur sa face interne, mais est chauffé sur sa face externe par rayonnement réfléchi prove- nant de la paroi de la chambre.
Pour permettre une meilleure compréhension de l'inven- tion, on la décrira ci-après en se référant au dessin annexé sur lequel : - la fig. 1 est une vue en coupe verticale partielle qui ne laisse apparaître que les tubes qui se trouvent au voisi- nage de la coupe, - la fig. 2 est une section plane suivant 2-2 de la fi- gure 1 ; pour la simplicité de la représentation, elle ne représente qu'un petit groupe de tubes uniformément espacés les uns des au- tres sur une circonférence à l'intérieur du réchauffeur.
- la fig.3 est une vue partielle qui correspond à la fig. 1 et qui représente un type de réchauffeur ou d'économi- seur qui peut être utilisé pour absorber une proportion plus im-
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portante de la chaleur provenant des gaz de fumée, avant qu'ils ne s'échappent dans la cheminée.
Dans la construction des figures 1 et 2 auxquelles on se référera ci-après, l'enveloppe 10 du four est de préférence un cylindre de grand diamètre par rapport à sa hauteur, dont la plaque de fond 11 supporte un groupe de brûleurs centraux 12 qui peuvent, éventuellement être remplacés par un seul brûleur et par plusieurs brûleurs extérieurs 13 répartis sur une circon- férence comme représenté sur la fig. 2.
L'enveloppe 10 du four est supportée par un certain nombre de montants 14 en acier dont deux seulement ont été repré- sentés sur la fig. 1, ces montants sont soudés à l'enveloppe 10 du four. Une plaque de recouvrement 15 est montée sur l'enveloppe du four, au voisinage de son sommet; elle est de préférence soudée à l'enveloppe. Elle possède un orifice central de grandes dimen- sions et porte une cheminée 16 cylindrique placée dans l'axe du four. Plusieurs supports 17 triangulaires en acier, dont deux seulement sont représentés, sont montés au sommet du four pour supporter la cheminée 16 ; ces supports comportent des oreilles ou pattes rabattues 18 qui descendent sur une courte distance du sommet de l'enveloppe du four, et qui sont soudées à cette der- nière.
Plusieurs serpentins 20 dont chacun est constitué par un seul tube recourbé qui possède à son sommet un coude d'un diamètre relativement important et deux branches parallèles 21 descendent et passent à travers le fond du réchauffeur. Les serpentins sont portés par l'intermédiaire de crochets 22 par le bâti triangulaire 17 qui se trouve au sommet du réchauffeur.
Une tubulure 30 d'admission, qui est circulaire et dont le diamètre est relativement important, est placée au- dessous du fond du réchauffeur; elle présente la forme d'un anneau 23 torique creux auquel toutes les bra n c h e s
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externes des serpentins sont reliées, comme représenté en 24.
Les branches internes sont reliées de façon analogue à un anneau
31 torique de même axe de diamètre moindre, comme représenté en 25.
Tous les brûleurs 12 et 13 sont à flamme ascendante et les gaz chauds qui sortent des brûleurs 12 sont orientés en direction du haut, dans la direction axiale du réchauffeur, jusqu'à ce qu'ils soient déviés par un déflecteur conique 32 qui est supporté par des crochets 33 eux-mêmes fixés à la plaque de recouvrement 15 du réchauffeur. Le sommet du déflecteur coni- que se trouve en bas et la base du cône au sommet: cette dernière se trouve à un certain intervalle de la plaque de recouvrement 15 de façon que les gaz chauds puissent éventuellement s'écouler à l'intérieur de la cheminée 16 et sortir par le haut de celle-ci.
Les branches internes des serpentins sont principalement chauffées par rayonnement provenant de la colonne centrale de flammes et de gaz chauds que l'on vient de décrire. Des flammes et des gaz chauds supplémentaires s'élèvent des brûleurs 13 entre les branches interne et externe des serpentins et transmettent de la chaleur par rayonnement aux faces externes des branches in- ternes des serpentins et aux faces internes des branches externes de ces serpentins.
Les faces externes des branches externes des serpentins sont chauffées par rayonnement par réflexion à partir de l'en- veloppe du four 10, dont la surface interne comporte de préfé- rence un revêtement réfractaire, non représenté. Les gaz qui se dégagent des brûleurs 13 baignent les coudes supérieurs des serpentins et s'écoulent à l'intérieur de la cheminée et vers la partie supérieure de cette dernière, après avoir dégagé une grande partie de leur chaleur par rayonnement. La tuyauterie d'admission 30 comporte des conduites d'admission 35 et la tubu- lure de sortie 31 comporte des conduites d'évacuation 36.
Le réchauffeur est particulièrement bien adapté au chauffage de l'air ou d'autres substances gazeuses, du fait que les tubulures d'admission et de sortie de grand diamètre per-
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mettent une répartition aisée et une égalisation de l'alimenta- tion en fluide vers les branches externes des serpentins. De même, la tubulure de sortie présente un grand diamètre et assure une bonne répartition de la substance gazeusefortement chauffée, qui s'écoule vers le bas dans les branches internes des serpentins.
Il est particulièrement important que les branches ex- ternes des serpentins, alimentées en fluide gazeux à chauffer, qui devrait normalement se trouvera une température modérée, soient chauffées par rayonnement uniquement sur leur surface interne, et par rayonnement par réflexion sur leur surface exter- ne, étant donné qu'elles absorbent aisément la chaleur à raison de la grande différence de température qui existe entre les flam- mes et le fluide gazeux.
D'autre part, le fluide gazeux qui se trouve déjà à une température élevée avant d'entrer dans les bran- ches internes des serpentins, et qui s'écoule en direction du bas, est soumis à une chaleur rayonnante intense sur la face in- terne aussi bien que sur la face externe desdites branches, en raison de la présence des brûleurs 12, au centre du réchauffeur, et des brûleurs 13 entre les branches des serpentins.
Sur la figure 3, les pièces analogues sont désignées par des références identiques; sur cette figure, le déflecteur conique 32 et les supports 33 ont été supprimés et un serpentin économiseur 40 constitué par un faisceau de tubes munis d'ailettes, remplit l'espace qui se trouve à l'extrémité inférieure de la cheminée et augmente de la sorte l'efficacité du réchauffeur en abaissant la température du gaz de fumée, avant que ce dernier ne s'échappe par la cheminée 16. Le faisceau de tubes qui consti- tue le serpentin économiseur 40 est suspendu par des crochets 41 à des tiges transversales qui forment une grille 42, qui ne gêne pas l'écoulement des gaz de fumée vers le haut. L'économiseur comporte une conduite d'admission 43 et une conduite d'évacuation 44.
L'économiseur peut être relié à une source d'air ou de az à chauffer, avant leur introduction dans la tubulure d'admission 30 du réchauffeur principal.
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Quoique le réchauffeur représenté sur le dessin annexé et décrit plus haut, soit tout à fait apte à chauffer l'air et des fluides analogues, on peut le réaliser de manière que son enveloppe de four soit beaucoup plus haute et que ses serpentins soient beaucoup plus longs, et il peut être utilisé, si l'on veut, pour le chauffage de l'huile et d'autres liquides. Le rayon du coude qui se trouve au sommet des serpentins est calculé de fa- çon àpermettre de cintrer les tubes à la forme désirée, et il n'est pas nécessaire de pourvoir les serpentins de coudes de re- tour de construction ordinaire, ou d'utiliser de tels coudes.
Si l'on se réfère à la figure 2, il apparaît qu'en rai- son de la différence de diamètre entre les tubulures interne et externe, les branches externes des tubes 20 sont à des intervalles relativement importants l'une de l'autre ainsi que de la paroi du réchauffeur. Une telle disposition est préférable pour augmenter les effets de rayonnenent par déflexion à partir de la paroi du four revêtue de réfractaires. D'autre part, les branches inter- nes sont au voisinage immédiat les unes des autres et les serpen- tins comportent des intervalles alternativement plus larges et plus étroits entre leurs branches, de sorte qu'il est plus facile de les ajuster sur le cercle interne où elles se raccordent à la tubulure de sortie.
On pourrait apporter d'autres variantes au réchauffeur conforme à la présente invention sans s'écarter pour cela de l'esprit de cette dernière.
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Vertical tube heater.
The present invention relates to vertical tube heaters which have a cylindrical casing and in which the arrangement of the tubes is such that the heater is particularly well suited for heating air or other gaseous substances, it being understood that 'it is susceptible of more general applications. Various objects and advantages of the heater according to the present invention will emerge from the description which follows.
The present invention relates to a vertical tube heater comprising a chamber, several groups of two tubes spaced apart in this chamber, and several
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upward flame burners placed at the back of the chamber; this chamber has a diameter greater than its height and each of the groups of tubes comprises two tubular branches very spaced from one another, connected to each other at their top by an elbow of large diameter, these two branches extending in the direction from the bottom to cross the back of the room;
one of the branches of each group of tubes is placed in the immediate vicinity of the wall of the chamber and constitutes an external tube bundle while the other branch of each group is parallel to the first and spaced radially therefrom towards the center from the chamber to form an internal tube bundle; one or more central burners are arranged inside this inner tube bundle, and several burners are arranged circularly between the inner tube bundle and the outer tube bundle, whereby the inner bundle is heated by radiation on both sides and the outer beam is heated by radiation only on its inner face, but is heated on its outer face by reflected radiation from the wall of the chamber.
To allow a better understanding of the invention, it will be described below with reference to the appended drawing in which: FIG. 1 is a partial vertical sectional view which only reveals the tubes which are located in the vicinity of the section, - fig. 2 is a planar section taken along 2-2 of Figure 1; for simplicity of illustration, it shows only a small group of tubes evenly spaced from each other around a circumference inside the heater.
- Fig.3 is a partial view which corresponds to fig. 1 and which represents a type of heater or economizer which can be used to absorb a smaller proportion.
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carrying heat from the flue gases, before they escape into the chimney.
In the construction of Figures 1 and 2 to which reference will be made hereinafter, the casing 10 of the furnace is preferably a cylinder of large diameter in relation to its height, the bottom plate 11 of which supports a group of central burners 12 which can optionally be replaced by a single burner and by several external burners 13 distributed over a circumference as shown in FIG. 2.
The casing 10 of the furnace is supported by a number of steel uprights 14 of which only two have been shown in FIG. 1, these amounts are welded to the casing 10 of the furnace. A cover plate 15 is mounted on the casing of the furnace, near its top; it is preferably welded to the casing. It has a central orifice of large dimensions and carries a cylindrical chimney 16 placed in the axis of the furnace. Several triangular steel supports 17, only two of which are shown, are mounted at the top of the furnace to support the chimney 16; these supports have folded ears or tabs 18 which descend a short distance from the top of the oven casing, and which are welded to the latter.
Several coils 20, each of which consists of a single curved tube which has at its top an elbow of a relatively large diameter and two parallel branches 21 descend and pass through the bottom of the heater. The coils are carried by means of hooks 22 by the triangular frame 17 which is located at the top of the heater.
An intake manifold, which is circular and of relatively large diameter, is placed below the bottom of the heater; it has the shape of a hollow O-ring 23 to which all the bra n c h e s
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external coils are connected, as shown at 24.
The internal branches are connected in a similar way to a ring
31 toric with the same axis of smaller diameter, as shown at 25.
All of the burners 12 and 13 are ascending flame and the hot gases coming out of the burners 12 are oriented upwards, in the axial direction of the heater, until they are deflected by a conical deflector 32 which is supported. by hooks 33 which are themselves fixed to the cover plate 15 of the heater. The top of the conical baffle is at the bottom and the base of the cone is at the top: the latter is at a certain interval from the cover plate 15 so that the hot gases can possibly flow inside the chamber. chimney 16 and exit at the top of it.
The internal branches of the coils are mainly heated by radiation coming from the central column of flames and hot gases which have just been described. Additional flames and hot gases rise from the burners 13 between the inner and outer legs of the coils and radiate heat to the outer faces of the inner legs of the coils and to the inner faces of the outer legs of these coils.
The outer faces of the outer legs of the coils are heated by reflective radiation from the casing of furnace 10, the inner surface of which preferably has a refractory lining, not shown. The gases which are released from the burners 13 bathe the upper bends of the coils and flow inside the chimney and towards the upper part of the latter, after having released a large part of their heat by radiation. The inlet pipe 30 has inlet pipes 35 and the outlet pipe 31 has outlet pipes 36.
The heater is particularly suitable for heating air or other gaseous substances, as the large diameter inlet and outlet pipes allow
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provide easy distribution and equalization of the fluid supply to the outer branches of the coils. Likewise, the outlet pipe has a large diameter and ensures good distribution of the strongly heated gaseous substance, which flows downwards in the internal branches of the coils.
It is particularly important that the outer branches of the coils, supplied with gaseous fluid to be heated, which should normally be at a moderate temperature, are heated by radiation only on their inner surface, and by reflection radiation on their outer surface. , given that they easily absorb heat due to the large temperature difference which exists between the flames and the gaseous fluid.
On the other hand, the gaseous fluid which is already at a high temperature before entering the internal branches of the coils, and which flows downwards, is subjected to intense radiant heat on the inside face. - Dull as well as on the external face of said branches, due to the presence of the burners 12, in the center of the heater, and of the burners 13 between the branches of the coils.
In FIG. 3, similar parts are designated by identical references; in this figure, the conical deflector 32 and the supports 33 have been omitted and an economizer coil 40 consisting of a bundle of tubes fitted with fins, fills the space which is located at the lower end of the chimney and increases the the efficiency of the heater by lowering the temperature of the flue gas, before the latter escapes through the chimney 16. The bundle of tubes which constitutes the economizer coil 40 is suspended by hooks 41 from transverse rods which form a grid 42, which does not obstruct the flow of smoke gases upwards. The economizer comprises an intake pipe 43 and an evacuation pipe 44.
The economizer can be connected to a source of air or az to be heated, before their introduction into the intake manifold 30 of the main heater.
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Although the heater shown in the accompanying drawing and described above is quite suitable for heating air and similar fluids, it can be made so that its furnace shell is much higher and its coils are much higher. long, and it can be used, if desired, for heating oil and other liquids. The radius of the elbow at the top of the coils is calculated to allow the tubes to be bent to the desired shape, and it is not necessary to provide the coils with return elbows of ordinary construction, or 'use such elbows.
Referring to Figure 2, it appears that, due to the difference in diameter between the inner and outer tubes, the outer legs of the tubes 20 are at relatively large intervals from each other. as well as the wall of the heater. Such an arrangement is preferable to increase the effects of radiating by deflection from the wall of the furnace lined with refractories. On the other hand, the internal branches are in the immediate vicinity of each other and the coils have alternately wider and narrower intervals between their branches, so that it is easier to fit them on the circle. internal where they connect to the outlet tubing.
Other variations could be made to the heater in accordance with the present invention without thereby departing from the spirit of the latter.