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"Eohangeur thermique
La présente invention concerne un appareil de chauffée d'eau de type nouveau et perfectionné, et en particulier des appareils de chauffage d'eau commerciaux ou industriels utlisant de la vapeur d'eau ou de l'eau à haute température 'comme source de chaleur.
L'invention a pour objet principal de créer un appareil de chauffage d'eau robuste et très efficace comportant un échan- geur thermique de constitution nouvelle dans lequel le réservoir ou l'enveloppe de l'échangeur thermique contient un ensemble de serpentins composé de paires de serpentins unitaires logés con- centriquement les uns dans les autres, des moyens étant prévus pour le montage amovible et indépendant des paires de serpentins unitaires dans le réservoir, de manière que chaque paire de ser- pantins unitaires puisse être enlevée du réservoir sans gêner les
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autres.
tes serpentins de l'écahangeur thermique sont disposés de manière à occuper un minimum de place pour produire la surface d chauffage découverte désirée qui réduit à son tour sensiblement l'espace nécessaire pour loger le groupe de chauffage d'eau.
Les serpentins sont disposés de manière à permettre l'en- lèvement du tartre accumulé par le rapide changement de tempéra- ture des serpentins* La variation de température est obtenue en faisait écouler l'eau à travers le réservoir tout en fermant et en ouvrant l'arrivée de vapeur d'eau ou d'eau à haute température s'écolant à travers les serpentins. Ceci a pour résultat une variation importante et rapide de la température des serpentins, ce qui provoque la dilatation et la contraction brusques des serpentins.
En raison de la disposition des serpentins et de la manière dont ils sont fixés aux deux extrémités, la dilatation et la contraction créent une variation rapide du rayon des ser- pentins, en détachant ainsi le tartre qui pourrait s'accumuler sur la surface tant à l'intérieur qu'à l'extérieur* Le tartre peut être balayé avec l'eau ou le condensat des deux surfaces des tubes. Ce processus n'exerce pas de contrainte sur les ser- pentins, car les serpentins sont alternativement tournés dans des directions opposées, ce qui compense le couple de torsion créé par la dilatation et la contraction.
La pression de la vapeur d'eau est maintenue dans les serpentins, le maximum de pression étant inférieur d'environ 1,05 kg/cm2 à la pression d'eau minimale maintenue dans le réser- voir. Cette caractéristique élimine la nécessité d'une soupape de commande pour l'arrivée de vapeur lorsque la source de vapeur est à une pression inférieure à la pression maximale admissible.
Lorsqu'on utilise l'eau chaude comme fluide de chauffage, l'eau de chauffage doit se trouver à une température d'au moins ? C en dessous de la température de saturation de l'eau à une pression
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minimale de l'eau contenue dans le réservoir. L'eau chaude de chauffage peut être amenée à circuler en continu à travers les tubes, ce qui élimine le besoin d'une soupape de commande d'écou- lement tout en empêchant le déséquilibre du système formé par l'eau à haute température et l'eau chaude souvent provoqué par des variations importantes de l'écoulement dans toute partie du : système.
Le fait que chaque tube des serpentins a exactement la . même longueur assure en outre l'écoulement uniforme de l'eau do chauffage à travers les serpentins, ce qui entraîne un transfert de chaleur globale maximal.
La disposition des serpentins à l'intérieur du réservoir en relation avec l'écoulement à voie unique à travers 1'appareil de chauffage offre un minimum de résistance à l'écoulement du fluide en cours de chauffage à travers le réservoir. Une seule voie de passage du fluide de chauffage à travers los tubes d'é- gale longueur assure également un écoulement uniforme du fluide à travers tous les serpentins avec un minimum de chute de prcs- sion.
La température de l'eau retenue dans l'échangour ther- mique n'est pas critique relativement à la température finale réglée de l'eau quittant l'appareil, sauf qu'elle doit être aussi moins élevée que la température finale. Cet avantage élimine le souci de la stratification de l'eau chauffée dans un récervoir conservant de l'eau chaude pendant une longue période de temps, lorsqu'un faible écoulement est impliqué; l'eau chaude conservée dans un réservoir tend à se stratifier, l'eau la plus chamè@@@ trouvant au sommet et la température diminuant sensiblement en dessous du niveau supérieur.
Le réglage de la température de l'eau quittant l'appareil est effectué à la sortie de l'appareil en mélangeant les eaux dont la température est respectivement plus élevée et moins élevée que la température finale décirée de l'eau, ce qui assure un réglage plus précis de la température
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finale. lorsqu'on désire conserver de l'eau à la température finale réglée, il est difficile d'obtenir une température cons- tante de l'eau quittant le réservoir par une sortie en raison de la stratification de volumes relativement grands de l'eau chauffée contenue dans le réservoir.
D'autre avantages de l'invention résident dans sa simplicité de constitution, dans sa durée de service, dans sa possibilité d'adaptation à un entretien convenable et dans sa possibilité d'adaptation à une fabrication économique.
Diverses autres caractéristiques ressortent de la des- cription détaillée qui suit et des dessins annexés qui repré- sentent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réa- lisation de l'objet de l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe verticale de l'échan- geur thermique.
La figure 2 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la figure 1.
La figure 3 est une vue schématique montrant l'agen- cement des serpentins de l'échangeur thermique.
La figure 4 est une vue schématique des liaisons des serpentins.
La figure 5 est une vue schématique à plus grande échelle mantrant l'espacement des serpentins. la figure 6 est une vue schématique d'une variante de l'agencement des liaisons des serpentins.
La figure 7 est une vue en coupe horizontale partielle à plus grande échelle d'un échangeur thermique utilisant les liaisons des serpentins de la figure 6, essentiellement sui- vant la ligne 7-7 de la figure 8.
La figure 8 montre un détail en coupe verticale par- tielle suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
La figure 9 est une vue en perspective partielle de
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l'une des extraites des serpentins et des COU--rOruW3..
Aux dessins annexés, le r6xorvoir 16 da 1 téd;1:;.:\!"lX' thermique possède une paroi latérale cylindrique ou <;>.é 1<J>j..J 20 à l'extrémité supérieure do laquelle est fixéo une coxoy.r. extérieure ou bride 21. Un collectour à vapeur d. tÙ:-\':.1 22 ou forme. de dorme muni d'une couronne de montage ' t=r:.ß;r, 2;> est prévu au sommet du réservoir et est fixé de façon ;ri>vll;1<- à la couronne 21 au moyen de plusieurs 'boulons 2.1 , 'na 1(.i::-.t étanche 25 approprié étant interposé entre lc3 c.>:i">..>;;..< w ô8î , 23. comme le montrent les dessins.
Le co.3cc4.r 2r -''"--h.' à sa partie, supérieure un raccord dtadfuission '6, r.'\'t" '.c<<,::, la vapeur à'eau ou l'eau chaude peut étro adaluc c^; : le c11- teur en vue de chauffer l'eau contenue dans le réservoir. AUX
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fins de cette description, la vapeur d'eau peut être congid.6rt1) comme la source de chaleur, bien que l'eau chaude puisse être employée, si on le préfère.
Un ensemble à serpentins d'échange thermique 27 est
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prévu à 1*"-ntézieur de la chemise ou enveloppe 20, zon acnce- ment éant décrit en détail dans ce qui suit. Pour l'instant, on peut mentionner que l'ensemble 27 se compose d'un groupe de serpentins ou de tubes en hélice dont les extrémités supérieures sont ouvertes et fixées dans une plaque circulaire ou tôle à tubes 28 qui est disposée juste en dessous du collecteur de vapeur 22 et est fixée de façon amovible par des boulons appro- priés 29 à la face inférieure do la couronne 23 du collecteur..
Le la même façon, les extrémités inférieures des tubos de l'é- changeur thermique sont ouvertes et fixées dans une plaque cir- culaire ou tôle à tubes 30, laquelle est disposée dans la car-
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tia inférieure du réservoir et est fixée de façon anovible par des boulons appropriés 31 à une couronne de montage intérieure 32 prévus' à l'extrémité inférieure du réservoir. La couronne 32 porte également un collecteur de condensat 33 muni d'un
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écoulement 34.
Il y a lieu de remarquer que la vapeur entrant dans le collecteur de vapeur 22 par l'entrée 26 passe dans les extrémités supérieures des tubes d'échange thermique 27 et sort des extrémités inférieures des tubes dans le collecteur de con- densat 33. l'eau froide devant être chauffée est admise dans l'enveloppe 20 du réservoir par un raccord d'admission 37 près du fond du réservoir, de sorte que l'eau entoure l'ensemble à serpentins d'échange thermique 27 et est chauffée par la vapeur d'eau circulant à travers l'ensemble à serpentins. L'eau chauf- fée quitte le réservoir par un raccord de sortie 38 près du sommet du réservoir, comme cela est évident.
Des chicanes 70 sont prévues entre l'extérieur de l'ensemble à serpentins 27 et la surface intérieure du réservoir 20, 1*une au-dessus de l'entrée 37 et une seconde en dessous de la sortie 38. Des chicanes 70' prévues sur l'ensemble à serpen- tins intérieur 27 sont au même niveau que les chicanes extérieu- res et sont suspendues en 39. Le rôle de ces chicanes est d'o- bliger l'eau circulant à travers l'appareil de chauffage de l'entrée 37 à la sortie 38 à passer entre les serpentins au lieu de les éviter.
En ce qui concerne de nouveau la constitution du ré- servoir, un pilier de support tabulaire central 39 s'étend entre les tdles à tubes 28, 30, l'extrémité inférieure du pi- lier étant vissée dans une douille 40 fixée au sommet de la tOle 30 tandis que la partie d'extrémité supérieure du pilier est engagée par coulissement télescopique dans une douille 41 analogue fixée à la face inférieure de la tôle 28. Il y a lieu de remarquer qu'à des fins d'entretien ou de remplacement, l'ensemble à serpentins 27 peut facilement être retiré en to- talité du réservoir en enlevant simplement les boulons 24, 29,
31 et en retirant l'ensemble à serpentins du réservoir d'une seule pièce avec les tôles à tubes 28, 30.
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Pour revenir en détail à l'ensemble à serpentins d'échange thermique 27 mentionné ci-dessus et en se reportant notamment aux figures 3 à 5, il y a lieu de remarquer que l'on- semble à serpentins se compose de plusieurs serpentins unitai- res disposés concentriquement, par exemple les serpentins uni- taires C1, C2, C3, C4, qui sont logés les uns dans les autren, l'unité C1 présentant le diamètre le plus grand et l'unité C4 le diamètre le plus petit. Bien qu'on ait représenté quatre serpentins unitaires à des fins d'illustration, on peut en uti- liser des nombres plus grands ou plus petits suivant la capa.ci... té de chauffage désirée.
Chacun des serpentins unitaires C1, C2, C3, C4 est composé de plusieurs serpentins individuels aui ont une disposition en hélice avec recouvrement, de sorte que tous les serpentins individuels de chaque unité sont engagés les uns dans les autres en relation verticalement coplanaire.
Par exemple, si l'on considère le serpentin unitaire C1, il est composé de six serpentins individuels C1a, C1b, C1c, C1d, C1c, C1f, le pas d'hélice de chaque serpentin, par exemple du ser- pentin C1a étant apte à recevoir les autres serpentins C1b, C1c, C1d, C1e, C1f entre les spires du serpentin C1a, Comme autre exemple, le serpentin unitaire C4 a été représenté comte étant composé de quatre serpentins individuels C4a, C4b, C$c, C4d qui ont un pas hélicoïdal analogue à engagement mutuel ou à recouvrement.
A des fins d'illustration, les serpentins unitaires C1 et C2 ont été représentés comme étant composés de six serpentins individuels chacun et les unités C3 et C4 comme étant constituées de quatre serpentins individuels chacune, mais en pratique, on peut employer un nombre plus grand ou plus faible de serpentins individuels dans un serpentin unitaire, suivant la capacité de chauffage désirée, le diamètre du ser- pentin unitaire et le diamètre des tubes constituant les ser- pentins unitaires.
Toutefois, il y a lieu de remarquer quo les
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serpentins des diverses unités sont enroulés dans des sens op- posés; par exemple, le serpentin unitaire C1 peut être enroulé dans le sens des aiguilles d'une montre, le serpentin unitaire C2 dans le sens opposé, le serpentin unitaire C3 de nouveau dans le sens des aiguilles d'une montre, le serpentin C4 en sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, et ainsi de suite. De même, il est important de remarquer que la langueur globale de tubulure dans chaque serpentin individuel de chaque serpentin unitaire est la même, quel que soit le diamètre du serpentin.
Il en résulte que la distance centre à centre de deux spires adjacentes des serpentins constituant le serpentin unitaire C1 le plus grand est légèrement supérieure à celle du serpentin unitaire C2 suivant plus petit, comme cela est représenté schématiquement en 80 et respectivement en 81 à la figure 5, les unités C1 et C2 comportant chacune six serpentins individuels. Dans le serpentin unitaire C3 suivant plus petit, qui ne comporte que quatre serpentins individuels, la distance correspondante 82 peut être plus grande que la distance 80, mais dans chaque cas, elle est plus grande que la distance 83 entre des spires adjacentes du plus petit serpentin unitaire C4 qui comporte également quatre serpentins individuels. Les distances 81, 83 sont à peu prés les mêmes.
Comme entre les serpentins unitaires eux-mêmes, l'espacement transversal ou radial indiqué en 84 est uniforme.
Comme le montrent les figures 1 à 3, les parties d'ex- trémité de tous les serpentins individuels dans tous les ser- pentins unitaires s'étendent comme en 65 en vue de la liaison avec les plaques ou tôles à tubes 28, 30 mentionnées ci-dessus au sommet et à la base du réservoir 16 de l'échangeur thermi- que, les extrémités terminales des serpentins étant fixées dans les tôles à tubes de toute manièro appropriée, par exemple par roulement, emboutissage, soudage, brasage ou d'une façon
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analogue.
Il y a lieu de remarquer que, pour nuisit I1U',: 11!t$ serpentins unitaires C't, Cl, C3, C4 sont enroules ultp:!'!1'rU""t''''' ment dans deu sens opposés et quo tous les $orpntin 1;.;il;"'-- duels sont de mome longueur, leur dilatation et loir crstw;. tion pendant le chauffage et le .'e.t.4o.L(x.t..i.GclÂ4 pl"ùdt1.hH:r.t .:1.e:' moments du couple de torsion se contrebalançait iT,il 3'w :Ct"t:", v sur les tales à tubes 28, 30 de sorte quo ces d\i:r'd:r0:'::' R-? ;:')1 ni tournées ni tordues dans une direction a;ialo ut occn:\I..:n.t toujours une position correcte pour 1 'a.li;notrJr;''lt avec lus bal- loris de montage 29 et 31.
Cette caractéristique de neutralisation du couple de
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torsion est produite de façon encore plus canplètc d2ns la 'va'* riante d'agencement des serpentins illustrée aux figures 6 à.
9, dans laquelle les parties deextrémité 86 des serpentins constituant le serpentin unitaire C1 sont disposées sur un cercle de même diamètre que les parties d'Gxtrémité 67 des ser-* pantins constituant le serpentin unitaire intérieur C2 suivait tandis que les parties d'extrémité 88 du serpentin unitaire C3 sa trouvent sur un cercle de même diamètre que la partie d'ex- trémité 89 du serpentin unitaire C4. Au lieu de fixer toutes
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les parties d1extrémité des serpentins dans une tale à tubes commune, les parties d'extrémité 86, 87 des serpentins unitai- res C1, C2 sont fixées dans une couronne 90 tandis que les parties d'extrémité 88, 89 des serpentins unitaires C3, C4 sont fixées de la même façon dans une couronne 91 disposée concen- triquement dans la couronne 90.
Les deux couronnes 90, 91 do montage des.serpentins sont fixées de façon amovible aux tôles
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à tubes, par exemple à la tale à tube supérieure 28' par plusieurs boulons 92, un joint 93 approprié étant disposé en- tre les couronnes et la tôle à tubes, comme représenté. De même, les tôles à tubes présentent des ouvertures 94 à travers lesquelles les extrémités ouvertes des tubes enroulés peuvent
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communiquer avec le collecteur de vapeur 22 et le collecteur de condensât 33'
Le pilier de support tubulaire central 39 et les douilles 40, 41 sont inutiles lorsqu'on utilise la variante d'agencement des serpentins décrite ici.
Il '1 a lieu de remarquer que, étant donné que les ser- pentins unitaires C1 C2 sont enroulés en sens opposés, ils se contrebalancent mutuellement et neutralisent ainsi le cou- ple de torsion du à leur dilatation ou à leur contraction, de sorte que leur couronne de support 90 commune n'est soumise à aucun mouvement de rotation ou de torsion axiale. La même chose s'applique également aux serpentins unitaires C3, C4 qui sont relies à une couronne de support 91 commune.
Après l'enlèvement de l'ensemble à serpentins 27 de la variante de réalisation de l'unité, il est important de remar- quer que les serpentins unitaires C1, C2 peuvent être retirés avec leur couronne de montage commune 90 de l'ensemble à ser- pentins 27 en dévissant les boulons 92, en retirant la tôle à tubes 28', en dévissant les boulons maintenant la couronne 91 à la tôle à. tubes 30' opposés, puis en enlevant les serpentins C1, C2 et en laissant les serpentins C3, C4 fixée à la tôle à tubes 30'. De la même manière, toute paire individuelle de serpentins unitaires en liaison de la même façon peut être dé- gagée de l'ensemble à serpentins quel que soit le nombre de serpentins Unitaires de cet ensemble.
Cette caractéristique permet le remplacement ou l'enlèvement en vue de réparation d'une paire de serpentins unitaires fixés à des couronnes com- munes des tôles à tubes. Cette caractéristique permet en outre dtaccéder à chaque tube individuel de l'ensemble en vue de l'inspection, du remplacement ou d'une réparation, car chaque couronne de la tôleà tubes ne reçoit que deux serpentins uni- taires, les tubes du serpentin unitaire extérieur étant
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accessibles de l'extérieur de la couronne et les tubes du ser- pentin unitaire intérieur étant accessibles de l'intérieur de la couronne.
Les avantages de l'échangeur thermique formant un cons- tituant de l'unité, énumérés ici et s'appliquent principalement à des appareils de chauffage d'eau, sont également valables pour d'autres applications d'échangeur thermique, y compris les . systèmes de réfrigération et de conditionnement d'air, les con- trales de production de vapeur d'eau et les Installations de traitement chimique.
Diverses autres modifications peuvent d'ailleurs être apportées aux formes de réalisation représentées et décrites en détail, sans sortir du cadre de l'invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Heat exchanger
The present invention relates to a new and improved type of water heating apparatus, and in particular to commercial or industrial water heaters using steam or high temperature water as a heat source. .
The main object of the invention is to provide a robust and highly efficient water heater comprising a newly constructed heat exchanger in which the tank or shell of the heat exchanger contains a set of coils made up of pairs. of unit coils housed concentrically within each other, means being provided for the removable and independent mounting of the pairs of unit coils in the tank, so that each pair of unit coils can be removed from the tank without hindering the
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other.
The heat exchanger coils are arranged to take up a minimum of space to produce the desired uncovered heating surface which in turn significantly reduces the space required to house the water heating group.
The coils are arranged so as to allow the removal of scale accumulated by the rapid change in temperature of the coils * The temperature variation is obtained by making water flow through the tank while closing and opening the arrival of water vapor or high temperature water flowing through the coils. This results in a large and rapid change in the temperature of the coils, causing the coils to expand and contract sharply.
Due to the arrangement of the coils and the way they are attached at both ends, the expansion and contraction create a rapid change in the radius of the coils, thus loosening scale that could accumulate on the surface both. inside and outside * Scale can be swept away with water or condensate from both surfaces of the tubes. This process does not put stress on the coils, as the coils are alternately rotated in opposite directions, which compensates for the torque created by expansion and contraction.
The water vapor pressure is maintained in the coils, the maximum pressure being about 1.05 kg / cm2 less than the minimum water pressure maintained in the tank. This feature eliminates the need for a control valve for supplying steam when the source of steam is at a pressure below the maximum allowable pressure.
When using hot water as a heating medium, the heating water must be at a temperature of at least? C below the saturation temperature of water at a pressure
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minimum water content in the tank. The heating hot water can be made to circulate continuously through the tubes, eliminating the need for a flow control valve while preventing imbalance of the system formed by the high temperature water and hot water often caused by large variations in flow in any part of the system.
The fact that each tube of the coils has exactly the. same length further ensures uniform flow of heating water through the coils, resulting in maximum overall heat transfer.
The arrangement of the coils within the tank in relation to the single-path flow through the heater provides minimal resistance to the flow of the fluid being heated through the tank. A single path for the heating fluid to pass through the tubes of equal length also ensures uniform flow of fluid through all of the coils with minimal pressure drop.
The temperature of the water retained in the heat exchanger is not critical with respect to the set final temperature of the water leaving the appliance, except that it should be also lower than the final temperature. This advantage eliminates the worry of stratifying heated water in a tank retaining hot water for a long period of time, when poor flow is involved; hot water kept in a tank tends to stratify, with the hottest water being at the top and the temperature dropping significantly below the top level.
The temperature of the water leaving the appliance is adjusted at the outlet of the appliance by mixing the water whose temperature is respectively higher and lower than the final temperature of the water, which ensures a more precise temperature setting
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final. when it is desired to keep water at the final set temperature, it is difficult to achieve a constant temperature of the water leaving the tank through an outlet due to the stratification of relatively large volumes of the heated water contained in the tank.
Other advantages of the invention reside in its simplicity of constitution, in its service life, in its possibility of adaptation to suitable maintenance and in its possibility of adaptation to economical manufacture.
Various other characteristics will emerge from the detailed description which follows and from the appended drawings which represent, by way of non-limiting examples, embodiments of the object of the invention.
Figure 1 is a vertical sectional view of the heat exchanger.
Figure 2 is a horizontal sectional view taken along line 2-2 of Figure 1.
FIG. 3 is a schematic view showing the arrangement of the heat exchanger coils.
Figure 4 is a schematic view of the connections of the coils.
Figure 5 is a schematic view on a larger scale showing the spacing of the coils. FIG. 6 is a schematic view of a variant of the arrangement of the connections of the coils.
Figure 7 is an enlarged partial horizontal sectional view of a heat exchanger using the coil connections of Figure 6, substantially taken along line 7-7 of Figure 8.
Figure 8 shows a detail in partial vertical section taken on line 8-8 of Figure 7.
Figure 9 is a partial perspective view of
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one of the extracts from the coils and the COU - rOruW3 ..
In the accompanying drawings, the thermal rexorvoir 16 has a cylindrical side wall or <;>. É 1 <J> j..J 20 at the upper end of which is fixed to an external coxoy.r. or flange 21. A steam collector d. tÙ: - \ ':. 1 22 or form of a dormer fitted with a mounting ring' t = r: .ß; r, 2; > is provided at the top of the tank and is fixed so; ri> vll; 1 <- to the ring 21 by means of several 'bolts 2.1,' na 1 (.i :: -. t tight 25 suitable being interposed between lc3 c.>: i "> ..> ;; .. <w ô8î, 23. as shown in the drawings.
The co.3cc4.r 2r - '' "- h. ' at its upper part a connection dtadfuission '6, r.' \ 't "' .c <<, ::, steam or hot water can be added; : the switch to heat the water contained in the tank. TO THE
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For the purposes of this description, water vapor may be congid.6rt1) as the heat source, although hot water may be employed, if preferred.
A heat exchange coil assembly 27 is
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provided at 1 * "- outside the jacket or casing 20, acnce- ment zone being described in detail in the following. For the moment, it may be mentioned that the assembly 27 consists of a group of coils or coils. helical tubes the upper ends of which are open and secured in a circular plate or tube sheet 28 which is disposed just below the steam manifold 22 and is removably secured by suitable bolts 29 to the underside of the crown 23 of the collector.
In the same way, the lower ends of the heat exchanger tubes are opened and fixed in a circular plate or tube sheet 30, which is disposed in the cartridge.
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the lower end of the tank and is removably secured by suitable bolts 31 to an inner mounting ring 32 provided at the lower end of the tank. The crown 32 also carries a condensate collector 33 provided with a
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flow 34.
It should be noted that the steam entering the vapor collector 22 through the inlet 26 passes through the upper ends of the heat exchange tubes 27 and exits the lower ends of the tubes in the condensate collector 33. 1 Cold water to be heated is admitted into the shell 20 of the tank through an inlet fitting 37 near the bottom of the tank, so that the water surrounds the heat exchange coil assembly 27 and is heated by the water vapor flowing through the coil assembly. The heated water leaves the tank through an outlet fitting 38 near the top of the tank, as is evident.
Baffles 70 are provided between the exterior of the coil assembly 27 and the interior surface of the reservoir 20, one above the inlet 37 and a second below the outlet 38. Baffles 70 'are provided. on the inner coil assembly 27 are at the same level as the outer baffles and are suspended at 39. The role of these baffles is to block the water flowing through the heater from the heater. 'entrance 37 to exit 38 to pass between the coils instead of avoiding them.
Referring again to the constitution of the tank, a central tabular support pillar 39 extends between the tube sheets 28, 30, the lower end of the pillar being screwed into a socket 40 attached to the top of the tube. the sheet 30 while the upper end part of the pillar is engaged by telescopic sliding in a similar socket 41 fixed to the underside of the sheet 28. It should be noted that for maintenance or replacement purposes , the coil assembly 27 can easily be removed entirely from the tank by simply removing bolts 24, 29,
31 and removing the coil assembly from the one-piece tank with tube sheets 28, 30.
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To return in detail to the heat exchange coil assembly 27 mentioned above and with particular reference to Figures 3 to 5, it should be noted that the coil assembly is made up of several unit coils. - res arranged concentrically, for example the unit coils C1, C2, C3, C4, which are housed in each other, unit C1 having the largest diameter and unit C4 the smallest diameter. Although four unit coils have been shown for illustrative purposes, larger or smaller numbers may be used depending on the desired heating capacity.
Each of the unit coils C1, C2, C3, C4 is composed of several individual coils aui have a helical arrangement with overlap, so that all the individual coils of each unit are engaged with each other in vertically coplanar relationship.
For example, if we consider the unit coil C1, it is composed of six individual coils C1a, C1b, C1c, C1d, C1c, C1f, the helix pitch of each coil, for example of the coil C1a being suitable to receive the other coils C1b, C1c, C1d, C1e, C1f between the turns of coil C1a, As another example, the unit coil C4 has been represented count being composed of four individual coils C4a, C4b, C $ c, C4d which have a helical pitch similar to mutual engagement or overlap.
For purposes of illustration, the unit coils C1 and C2 have been shown as being composed of six individual coils each and the units C3 and C4 as being composed of four individual coils each, but in practice a larger number can be employed. or smaller of individual coils in a unit coil, depending on the desired heating capacity, the diameter of the unit coil and the diameter of the tubes constituting the unit coils.
However, it should be noted that the
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coils of the various units are wound in opposite directions; for example, the single coil C1 can be wound clockwise, the single coil C2 in the opposite direction, the single coil C3 again clockwise, the C4 coil clockwise counterclockwise, and so on. Likewise, it is important to note that the overall tubing length in each individual coil of each unit coil is the same regardless of coil diameter.
As a result, the center-to-center distance of two adjacent turns of the coils constituting the larger unit coil C1 is slightly greater than that of the next smaller unit coil C2, as shown schematically at 80 and 81 respectively in FIG. 5, units C1 and C2 each comprising six individual coils. In the next smaller unit coil C3, which has only four individual coils, the corresponding distance 82 may be greater than the distance 80, but in each case it is greater than the distance 83 between adjacent turns of the smaller one. single coil C4 which also has four individual coils. The distances 81, 83 are roughly the same.
As between the unit coils themselves, the transverse or radial spacing indicated at 84 is uniform.
As shown in Figures 1 to 3, the end portions of all the individual coils in all the unit coils extend as at 65 for connection with the mentioned plates or tube sheets 28, 30. above at the top and at the base of the heat exchanger tank 16, the terminal ends of the coils being fixed in the tube sheets in any suitable manner, for example by rolling, stamping, welding, brazing or brazing. a way
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similar.
It should be noted that, for harm I1U ',: 11! T $ unit coils C't, Cl, C3, C4 are wound ultp:!'! 1'rU "" t '' '' 'ment in deu opposite directions and quo all $ orpntin 1;.; il; "'- duels are of the same length, their dilation and dormancy crstw ;. tion during heating and .'et4o.L (xt.i.GclÂ4 pl "ùdt1.hH: rt.: 1.e: 'moments of the torque counterbalanced iT, il 3'w: Ct" t: ", v on the tube tales 28, 30 so that these d \ i: r'd: r0: '::' R-?;: ') 1 neither turned nor twisted in a direction a; ialo ut occn: \ I ..: nt always a correct position for 1' a.li; ourJr; '' lt with assembly bal- loris 29 and 31.
This characteristic of neutralization of the torque of
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torsion is produced even more canplètc in the 'variation' * arrangement of the coils illustrated in Figures 6 to.
9, wherein the end portions 86 of the coils constituting the unit coil C1 are arranged on a circle of the same diameter as the end portions 67 of the coils constituting the inner unit coil C2 followed while the end portions 88 of the unit coil C3 its on a circle of the same diameter as the end part 89 of the unit coil C4. Instead of fixing all
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the end parts of the coils in a common tube plate, the end parts 86, 87 of the unit coils C1, C2 are fixed in a ring 90 while the end parts 88, 89 of the unit coils C3, C4 are fixed in the same way in a ring 91 arranged concentrically in the ring 90.
The two rings 90, 91 do mounting the serpentines are detachably attached to the sheets
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to tubes, for example to the top tube plate 28 'by a plurality of bolts 92, a suitable gasket 93 being disposed between the rings and the tube sheet, as shown. Likewise, the tube sheets have openings 94 through which the open ends of the coiled tubes can
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communicate with the steam collector 22 and the condensate collector 33 '
The central tubular support pillar 39 and sockets 40, 41 are unnecessary when using the alternate coil arrangement described herein.
It should be noted that, since the unit coils C1 C2 are wound in opposite directions, they counterbalance each other and thus neutralize the torsional torque due to their expansion or contraction, so that their common support ring 90 is not subjected to any rotational or axial torsional movement. The same also applies to the unit coils C3, C4 which are connected to a common support ring 91.
After removing the coil assembly 27 from the alternative embodiment of the unit, it is important to note that the unit coils C1, C2 can be removed with their common mounting ring 90 from the assembly to. Coils 27 by unscrewing the bolts 92, removing the tube sheet 28 ', unscrewing the bolts holding the crown 91 to the sheet metal. opposite tubes 30 ', then removing the coils C1, C2 and leaving the coils C3, C4 attached to the tube sheet 30'. Likewise, any individual pair of unit coils linked in the same way can be disengaged from the coil assembly regardless of the number of Unit coils in that assembly.
This feature allows the replacement or removal for repair of a pair of unit coils attached to common rings of the tube sheets. This feature also allows access to each individual tube in the assembly for inspection, replacement, or repair, as each ring of the tube sheet receives only two single coils, the single coil tubes. outside being
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accessible from the outside of the crown and the tubes of the internal single coil being accessible from the inside of the crown.
The advantages of the heat exchanger forming a component of the unit, listed here and mainly applicable to water heaters, are also valid for other heat exchanger applications, including. refrigeration and air conditioning systems, water vapor production controls and chemical treatment plants.
Various other modifications can moreover be made to the embodiments shown and described in detail, without departing from the scope of the invention.
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