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Appareil de chauffage tubulaire vertical perfectionne.
La présente invention est relative à des perfectionne- ments nouveaux et intéressants apportés aux appareils de chauffage tubulaires, notamment ceux comprenant une nappe cylindrique de tube! verticaux dans le foyer primaire.
Le brevet américain n 2348.099 a décrit un appareil de chauffage convenant particulièrement à un assemblage en-usine et à des appareils de chauffage relativement petits de capacités de chauf- fe s'étageant entre 250.000 et 1.250.000 grandes calories.
L'invention conserve certains des avantages de celle anté- rieurement brevetée, mais elle est conçue pour des appareils de chauffage de très grande taille, qu'on assemble normalement au lieu d'utilisation.
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Conformément à la présente invention, on établit un appa- reil de chauffage tubulaire vertical comprenant un foyer cylindrique, une nappe circulaire de tubes verticaux d'échange thermique disposés au voisinage de la paroi dudit foyer, certains au moins des tubes opposés étant reliés à leurs extrémités supérieures par des coudes de grand rayon de courbure, et un ou plusieurs brûleurs à flamme as- cendante, au bas du foyer, propres à projeter des flammes et des gaz chauds de bas en haut à l'intérieur de la nappe tubulaire ;
cet appa- reil comporte une chambre supplémentaire de section transversale sub- stantiPllement plus petite que le foyer et s'étendant vers le haut et coaxialement audit foyer, le foyer et cette chambre étant raccor- dés par un col tronconique, dont le contour est épousé par un groupe de tubes opposés de forme correspondante, qui s'étendent vers le haut sensiblement jusqu'au sommet de cette chambre où les tubes oppo- sés sont reliés par des coudes de retour, les tubes qui se trouvent dans cette chambre supplémentaire ayant des surfaces additionnelles et étant chauffés principalement par convexion par les gaz chauds et les tubes tandis que les tubes placés dans le foyer proprement dit, qui est de plus grande section, sont chauffés principalement par rayonnement par les flammes et les gaz chauds.
Le grand avantage de cet agencement des tubes de chauffa- ge provient du fait que-les portions cintrées de retour à la partie supérieure de l'appareil sont toutes de grand rayon de courbure et qu'il est donc possible de les façonner par cintrage de tubes même de gros diamètre et de paroi épaisse.
L'emploi d'une chambre supplémentaire étroite et de plus petit section transversale montée sur le foyer cylindrique habituel procure un moyen pratique et économique de eonserver la nappe circu- laire unique de tubes de chauffe en bas de l'appareil, tout en per- mettant de les conformer sans courbure brusque suivant le contour de ladite chambre à la partie supérieure et de les prolonger sur une distance relativement grande pour former une section allongée vers le haut.
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Dans cette dernière section, les tubes présentent des éléments de surface additionnels.
Le fait que la superficie transversale de la section de convexion est réduite cause une accélération notable des gaz de combustion chauds, tandis que la forme rectangulaire nue l'on donne de préférence à cette section crée une turbulence avantageuse, ré- sultant du changement de forte imposé à l'écoulement des gaz passant du gros cylindre constitué par le foyer pour traverser l'ouverture rectangulaire étroite qui n'est pas seulement une ouverture plus faible pour augmenter le débit mais qui présente une forme suscepti- ble de créer une turbulance.
La mise en oeuvre de l'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples non limitatifs décrits ci-dessous en se réfé- rant au dessin annexé sur lequel: @
La fig. 1 représente, vu en Elévation avec coupe par- tielle, un appareil de chauffage conforme à 1-'invention. @
La fig. 2 est une coupe horizontale selon 2-2 de la figure 1.
La fig. 3 est une coupe horizontale selon 3-3 de la figure 1.
Les figures 4 et 5 montrent schématiquement des tubes de foyer connectés, sur la première figure en un serpentin continu et, sur la deuxième figure en un serpentin multiple à double circulation
La figure 6 est une élévation partielle avec coupe selon 6-6 de la fig. 1.
La figure 7 montre, d'un façon analogue, à celle de la figure 6, une variante des tubes économiseurs avec quatre éléments tubulaires dans chaque rangée de la section de convection de l'appa- reil de chauffage au lieu des deux tubes par rangée, comme repré- senté sur les figures 2 et 6.
La figure 8 est une élévation avec coupe partielle, cer- tains des tubes étant arrachés pour illustrer ce que l'on peut dé- signer par un agencement du type "cage", qui convient bien aux ap- pareils de chauffage de grande taille tout en ayant 12 simpli-
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cité et le bon rendement de l'agencement exposé dans le brevet men- tionné ci-dessus pour les petits appariles de chauffage.
La figure 9 est une coupe horizontale selon 9-9 de la figure 8.
Dans le mode d'exécution représente plus spécialement sur les figures 1 à 6 incluse, une enveloppe de foyer 15, de grande taille et préférablement cylindrique est montée sur plusieurs pieds 16 en acier comprenant des pattes 17 supportant le fond de cette enveloppe. Les pieds 16 se prolongent au-dessus du fond de l'enve- loppe du foyer, auquel ils sont soudés de préférence, et se proton- ' gent aussi vers le bas jusqu'à la fondation, leur longueur étant suffisante pour que la hauteur àlaquele est fixée sur eux la plaque de fond 18 permette au personnel de passer facilement sous celle-ci et d'exécuter les réglages éventuellement nécessaires sur le brû- leur central 19, monté sur la plaque de fond 18.
A l'intérieur de l'enveloppe 15 se trouve une garniture réfractaire 20 et à sa partie supérieure est monté un col tronconi- que 21, que prolonge vers le haut une section de convexion 22, cui peut être de section transversale soit rectangulaire, comme repré- senté sur la figure 2, soit circulaire.
La forme du col 21 est étudiée de façon à raccorder l'en- veloppe cylindrique du foyer à la section de convexion rectangulai- re 22.
Cette section 22, qui se termine à son sommet par une cou- ronne 23, a des dimensions et une hauteur suffisantes, pour rendre inutile le montage d'une cheminée en haut de l'appareil de chauffage.
Cemme représenté sur la figure 3, les tubes de chauffe 24 sont tous répartis en une nappe cylindrique dans le foyer proprement dit et sont espacés les uns des autres et de la garniture réfractai- re 20.
Pour réduire la résistance à l'écoulement, un groupe de huit tubes, de chaque côté de l'appareil représenté sur la figure 1, est relié par des portions cintrées de grand rayon de courbure et ces tubes sont soutenus à leur sommet par des supports 25.
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Les autres tubes sont façonnas de façon à suivre le contour général du col, comme le montre dairement la figure 6, et se prolongent verticalement sur une grande hauteur Dour constituer un ensemble 27.
Ils sont connectés en haut par des portions de retour cintrées 28, de rayon de courbure relativement grand, et sont disposés en rangées comme représenté sur la figure 2 de façon à occuper pour une large part l'espace vide à l'intérieur de cette section 22. Les portions de tubes situées dans cette section 22 des ailettes ou autres élé- ments d'extension superficielle, qui absorbent de la chaleur des gaz chauds provenant du foyer, où ces gaz ont déjà abandonné la majeure partie de leur chaleur par rayonnement direct sur la nappe cylindri- que des tubes 24 dans le corps principal de l'appareil.
Il y a lieu de signaler que cet appareil de chauffage est de construction simple par le fait que pratiquement toutes les por- tions cintrées de retour ontun grand rayon de courbure, ce qui per- met de cintrer de gros tpyaux à la forme voulue sans les endommager.
La variante représentée sur la figure 7 diffère du mode d'exécution de la figure 6, principalement en ce qu'une section pris- matique 30, plus grosse, est montée sur le col de raccordement 21 et offre un espace suffisant pour y loger une série de tubes 31 à @ double aller-et-retour au lieu de la série des tubes 27 à aller-et- retour simple. Tous les tubes de la section 30 sont munis d'éléments d'extension superficielle de façon à ce que la chaleur résiduelle des gaz de combustion soit absorbée dans une grande mesure par con- vexion avant qu'ils sortent au sommet de l'appareil par la couranne 23.
Si l'on se réfère au mode d'exécution représenté sur les figures 8 et 9, on voit que l'enveloppe de foyer 15, la garniture réfractaire 20, les brûleurs 19 et la plaque de fond 18 sont sensi- blement les mêmes que les éléments correspondants représentés sur la figure 1. Dans cette disposition, les raccords cintrés de retour,sur la plaque de fond, sont soudés comme indiqué en 35 au Heu d'être re- liés comme d'habitude par des raccords cintrés amovibles, comme indi- qué sur la figure 1. Les pieds 16 sont soudés à l'enveloppe 15,
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les pattes précédemment prévues étant dans ce cas inutiles puisque le foyer est relativement court en raison de la suppression du pro- longement de foyer 22 visible sur les figures 6 et 7.
Tous les tubes contenus dans le corps principal de l'ap- pareil de chauffage sont espacés les uns des autres et de la paroi de ce dernier, la chaleur qu'ils reçoivent provenant dans une grande mesure du rayonnement des flammes et des gaz chauds montant du brû- leur 19 à travers la partie centrale du foyer. Toutefois, en raison c de la configuration et de l'agencement des coudes des tubes qui ont tous un grand rayon de courbure à la partie supérieure de l'appareil le haut de cette sorte de cage baigne dans les gaz de combustion avant que ceux-ci ne s'échappent vers le haut à travers l'ouverture d'évacuation 36, dépourvue de cheminée.
L'agencement des tubes apparatt clairement sur la figure 9, les tubes d'une série de repère 37 étant reliés aux tubes 38 d'une autre série, du côté opposé de l'appareil, par des coudes ayant un grand rayon de courbure. Les autres tubes sont constituas par une série de tubes 39 d'un côté et une série de tubes 40 rie l'au. tre côté de l'appareil et ces tubes sont reliés entre eux par des portions cintrées de grand rayon de courbure situées au-dessus de celles reliant les séries de tubes 37 et 38. Comme le montre la fi- gure 9, on peut introduire le fluide à chauffer dans les séries de tubes en parallèle, par des raccords d'entrée montés sur les tubes 41 et 42 par des raccords de sortie montés sur les tubes 43 et 44.
On peut apporter d'autres modifications sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Vertical tubular heater perfects.
The present invention relates to new and interesting improvements made to tubular heaters, in particular those comprising a cylindrical sheet of tube! vertical in the primary focus.
United States Patent No. 2348,099 has disclosed a heater particularly suitable for factory assembly and relatively small heaters with heating capacities ranging from 250,000 to 1,250,000 large calories.
The invention retains some of the advantages of the previously patented one, but is designed for very large heaters, which are normally assembled at the point of use.
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In accordance with the present invention, a vertical tubular heating apparatus is established comprising a cylindrical hearth, a circular sheet of vertical heat exchange tubes arranged in the vicinity of the wall of said hearth, at least some of the opposite tubes being connected to their sides. upper ends by elbows of large radius of curvature, and one or more burners with ascending flame, at the bottom of the hearth, suitable for projecting flames and hot gases from the bottom upwards inside the tubular layer;
this apparatus comprises an additional chamber of cross section substantially smaller than the hearth and extending upwards and coaxially with said hearth, the hearth and this chamber being connected by a frustoconical neck, the contour of which is matched by a group of opposed tubes of corresponding shape, which extend upwards substantially to the top of this chamber where the opposed tubes are connected by return elbows, the tubes which are in this additional chamber having additional surfaces and being heated mainly by convection by the hot gases and the tubes while the tubes placed in the hearth proper, which is of larger section, are heated mainly by radiation by the flames and hot gases.
The great advantage of this arrangement of the heating tubes arises from the fact that the bent portions returning to the upper part of the apparatus all have a large radius of curvature and that it is therefore possible to shape them by bending them. tubes even of large diameter and thick wall.
The use of an additional narrow chamber of smaller cross section mounted on the conventional cylindrical hearth provides a practical and economical means of retaining the unique circular web of heating tubes at the bottom of the apparatus, while allowing making them conform without abrupt curvature following the contour of said chamber at the top and extending them a relatively large distance to form an elongated section upwards.
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In this last section, the tubes have additional surface elements.
The fact that the cross-sectional area of the convection section is reduced causes a noticeable acceleration of the hot combustion gases, while the bare rectangular shape preferably given to this section creates an advantageous turbulence, resulting from the change of strong imposed on the flow of gases passing from the large cylinder constituted by the hearth to pass through the narrow rectangular opening which is not only a smaller opening to increase the flow rate but which has a shape liable to create turbulance.
The implementation of the invention will be better understood with the aid of the nonlimiting examples described below with reference to the appended drawing in which: @
Fig. 1 shows, seen in elevation in part section, a heater according to the invention. @
Fig. 2 is a horizontal section along 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a horizontal section along 3-3 of Figure 1.
Figures 4 and 5 show schematically connected hearth tubes, in the first figure in a continuous coil and in the second figure in a multiple double circulation coil
FIG. 6 is a partial elevation with section on 6-6 of FIG. 1.
Figure 7 shows, analogously to that of figure 6, a variant of economizer tubes with four tubular elements in each row of the convection section of the heater instead of the two tubes per row. , as shown in Figures 2 and 6.
Figure 8 is an elevation in section, with some of the tubes broken away to illustrate what may be referred to as a "cage" type arrangement, which is well suited to large heaters as well. by having 12 simpli-
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cited and the good performance of the arrangement disclosed in the above-mentioned patent for small heating devices.
Figure 9 is a horizontal section on 9-9 of Figure 8.
In the embodiment shown more specifically in Figures 1 to 6 inclusive, a fireplace casing 15, of large size and preferably cylindrical is mounted on several steel feet 16 comprising legs 17 supporting the bottom of this casing. The legs 16 extend above the bottom of the hearth casing, to which they are preferably welded, and also extend downward to the foundation, their length being sufficient so that the height in which the base plate 18 is fixed to them, allowing the personnel to pass easily under it and to carry out any necessary adjustments on the central burner 19, mounted on the base plate 18.
Inside the casing 15 is a refractory lining 20 and at its upper part is mounted a frustoconical neck 21, which is extended upwards by a convex section 22, which may be of rectangular cross section, as shown in FIG. 2, or circular.
The shape of the neck 21 is designed so as to connect the cylindrical shell of the fireplace to the rectangular convex section 22.
This section 22, which ends at its top with a crown 23, has sufficient dimensions and height to make it unnecessary to mount a chimney at the top of the heater.
As shown in FIG. 3, the heating tubes 24 are all distributed in a cylindrical sheet in the hearth itself and are spaced from each other and from the refractory lining 20.
To reduce the resistance to flow, a group of eight tubes, on each side of the apparatus shown in Figure 1, is connected by curved portions of large radius of curvature and these tubes are supported at their top by supports 25.
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The other tubes are shaped so as to follow the general outline of the neck, as clearly shown in Figure 6, and extend vertically over a great height to constitute a set 27.
They are connected at the top by curved return portions 28, of relatively large radius of curvature, and are arranged in rows as shown in Figure 2 so as to largely occupy the empty space inside this section. 22. The portions of tubes located in this section 22 of the fins or other surface extension elements, which absorb heat from hot gases coming from the hearth, where these gases have already given up most of their heat by direct radiation on the cylindrical web of tubes 24 in the main body of the apparatus.
It should be pointed out that this heater is of simple construction in that practically all the return arched portions have a large radius of curvature, which allows large tpyals to be bent to the desired shape without them. to damage.
The variant shown in FIG. 7 differs from the embodiment of FIG. 6, mainly in that a prismatic section 30, larger, is mounted on the connection neck 21 and offers sufficient space to accommodate a double round trip tube series 31 instead of the single round trip tube series 27. All the tubes in section 30 are provided with surface extension members so that the residual heat of the combustion gases is absorbed to a great extent by convection before they exit at the top of the apparatus through the couranne 23.
Referring to the embodiment shown in Figures 8 and 9, it can be seen that the hearth casing 15, the refractory lining 20, the burners 19 and the bottom plate 18 are substantially the same as the corresponding elements shown in figure 1. In this arrangement, the return bent fittings, on the bottom plate, are welded as shown at 35 instead of being connected as usual by removable bent fittings, as shown in figure 1. The feet 16 are welded to the casing 15,
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the tabs previously provided being in this case unnecessary since the focus is relatively short due to the elimination of the focus extension 22 visible in Figures 6 and 7.
All the tubes contained in the main body of the heater are spaced from each other and from the wall of the latter, the heat they receive coming to a large extent from the radiation of flames and hot gases rising. of the burner 19 through the central part of the hearth. However, due to the configuration and arrangement of the elbows of the tubes, which all have a large radius of curvature at the upper part of the apparatus, the top of this sort of cage is bathed in the combustion gases before these this does not escape upwards through the discharge opening 36, which has no chimney.
The arrangement of the tubes is clearly shown in FIG. 9, the tubes of a series of reference marks 37 being connected to the tubes 38 of another series, on the opposite side of the apparatus, by elbows having a large radius of curvature. The other tubes are constituted by a series of tubes 39 on one side and a series of tubes 40 rie au. side of the device and these tubes are interconnected by curved portions with a large radius of curvature situated above those connecting the series of tubes 37 and 38. As shown in FIG. 9, the fluid to be heated in the series of tubes in parallel, by inlet fittings mounted on tubes 41 and 42 by outlet fittings mounted on tubes 43 and 44.
Other modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
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