Générateur de vapeur. La présente invention a pour objet un gé nérateur de vapeur comportant un élément vaporisateur, un économiseur, un surchauf- feur et un réchauffeur d'air, caractérisé en ce que ces différents organes sont disposés suivant un anneau cylindrique à. axe hori zontal, dont la partie intérieure constitue la chambre de combustion.
On a constaté que grâce à cette disposi tion, le générateur a un haut rendement et peut produire, avec un encombrement relati vement faible, une grande quantité de va peur, à des pressions élevées.
L'élément vaporisateur peut comporter deux parties, la première ayant une seule ran gée @de tubes et non-perméable aux gaz, la seconde ayant deux rangées quinconcées et laissant un passage aux gaz. Dans ce cas, on peut prévoir un passage de retour pour les gaz autour de chambre de combustion, pas sage dans lequel sont placés successivement le surchauffeur, l'économiseur et le réchauffeur d'air.
Cet élément vaporisateur peut être cons titué par :des tubes recourbés en arc de cercle et reliés à des collecteurs placés à la partie supérieure et à la partie inférieure du géné rateur dans le plan vertical axial de celui-ci ou en son voisinage.
Le réchauffeur d'air annulaire peut être constitué par un assemblage de tôles convena blement conformées à circulations alternées, perpendibulaires entre elles, de l'air et des fumées.
Dans une forme d'exécution préférée, l'ensemble peut être entouré par une gaine dans laquelle circule l'air .se rendant au ré chauffeur d'air, récupérant les calories per dues par le passage de retour.
Le générateur faisant l'objet de la pré sente invention est applicable, par exemple, aux machines mobiles telles que locomotives, automotrices, yachts et plus spécialement les petits navires, et même les aéroplanes.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution dit généra teur, objet de l'invention.
La, fig. 1 est une vue en plan. partielle ment en coupe, de l'ensemble du générateur; la fig. ? est une vue en élévation latérale. partiellement en coupe, de la fig. 1;
les fig. 3 et 4 sont des demi-coupes trans versales respectivement suivant les lignes 3-3 et 4-4 de la<U>fi-.</U> ?: la. fig. 3 montr < @ la constitution circulaire du foyer et la<B>,</B> dis position annulaire du réchauffeur d'air;
la fig. 4 représente la. disposition en are de cer cle des tubes du surchauffeur; la fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne 7-7 de la fi-. ? montrant les groupes des tubes économiseurs disposés syniélr-ique- ment ; la fia. 6 est une vue de détail représen tant la réalisation des tubes économiseurs. Dans la forme d'exécution représentée, le générateur a. la forme d'un anneau evlin- drique.
La chambre de combustion se trouve dans la partie centrale. Elle est entourée par un faisceau de tubes vaporisateurs en deux par ties 1 et ?. Une paroi extérieure cylindrique 3. au besoin garnie d'isolant, limite la sur face extérieure du générateur, en ménageant un espace annulaire 4 pour le retour vers l'avant des gaz chauds du foyer.
Le générateur est à circulation forcée. Le liquide. refoulé par une pompe d'alimentation (non-représenté), est introduit par une tuyau terie 5 (fig. 5).<B>Il</B> est conduit à travers 1111 branchement 6 dans des tubulures 7 et 8 et parvient à un économiseur 9 (fig. 6) qui est logé à, l'extrémité avant de l'espace annu laire 4. Cet économiseur est formé (le deux éléments<B>10</B> en forme d'arcs de cercle disposés symétriquement par rapport au plan vertical axial de la, chaudière (fi-. 5).
Chaque partie de l'économiseur comprend un collecteur d'entrée radial<B>Il.</B> des tubes 12 et un collecteur de sortie radial 13. 1T11 cer- tain nombre de tubes est relié à chaque col- l@@eteur pour réaliser des circuits en parallèle pour le liquide en chauffage dans le courant (les gaz chauds.
Dans la vue en coupe de la fig. :> par exemple. six rangées sont prévues, formée chacune (le deux tubes 12 et reliées à chacun des collecteurs<B>Il</B> et 13. Le fluide circule ainsi en parallèle dans douze tubes pour cha que partie de l'économiseur, et en tout. dans vingt-quatre tubes en parallèle. Les tubes d'économiseur sont recourbés pour épouser la forme de l'espace annulaire 4.
Pour h1 clarté de la description. une vue :i plus grande échelle (fig. 6) montre la forma tion du coude de retour des tubes dans cha que rangée. Le liquide entre dans les tubes par les collecteurs d'entrée 11 et se rassemble clans les collecteurs de sortie 13. En général. la circulation d11 liquide est à contreconrant du trajet des gaz chauds dans l'espace annu- laire 4.
Le fluide chauffé dans l'économiseur est amené par des connexions 14 et 15 à un col lecteur d'entrée 16 de l'élément vaporisa teur. Ce collecteur est placé dans l'espace annulaire 4 à la partie inférieure du foyer. Les tubes vaporisateurs 1 et 2 sont reliés à une de leurs extrémités au collecteur d'entrée 16 et à l'autre extrémité à un collecteur de sortie 17.
Ces tubes sont disposés en couches hélicoïdales constituant un grand nombre de passages en parallèle à circulation forcée du collecteur d'entrée 16 -au collecteur de sor tie 17: Des groupes de tubes vaporisateurs 18 et 19 forment les parois extrêmes transversales du foyer et sont aussi réunis aux collecteurs 16 et 17. Chacun des tubes 18 et 19 forment, une spirale dont le nombre de tours est dé terminé pour présenter au passage du fluide sensiblement la. même résistance que celle de chacun des tubes 1 et 2.
Les tubes vaporisateurs 1, dans la, partie avant du foyer, sont rapprochés les uns des autres et forment une seule rangée. tandis que les tubes vaporisateurs ?. dans la partie ar- rière du foyer, forment deux rangées. Les tubes 2 sont espaeés et disposés en quinconce pour laisser un passage aux gaz de combus tion.
Une cloison cylindrique \?0. entourant les tubes 1, empêche le passage des gaz du foyer entre les tubes.
Un brûleur 21 de type approprié est monté dans une ouverture \?\? de la façade. Comme représenté, il comporte une conduite centrale 23 pour le combustible et un dispositif 24 de réglage pour l'air comburant.
Les gaz de combustion circulent longitu- nalement dans le foyer, puis passent entre les tubes 2 et dans l'espace annulaire 4. Dans cet espace, en revenant vers l'avant de la. chaudière, ils rencontrent successivement les tubes du surchauffeur 25, les tubes de l'éco nomiseur 12 et réchauffeur d'air 26. Ils sont finalement évacués à travers un passage cir culaire 27, par un orifice 28.
Un séparateur 29 est disposé à l'arrière du générateur. Il est relié au collecteur de sor tie 17 par une tuyauterie pénétrant tangen tiellement dans ledit séparateur. Il reçoit le mélange de liquide et de vapeur fourni par les tubes vaporisateurs 1, 2, 18., 19. Le ni veau du liquide y est normalement maintenu approximativement à la hauteur de l'axe du foyer.
Le mélange entrant dans le séparateur 29 y est .divisé en liquide et vapeur. Le liquide, rassemblé à la partie inférieure, est repris par un tuyau 30 et une pompe de circulation 31 et déversé par des tuyaux 32 dans le collec teur d'entrée 16 du vaporisateur.
La vapeur, par des tubes 33, se rend à des collecteurs d'entrée 34 du surchauf- feur 25.
La surface de surchauffe est formée de deux parties symétriques en arc de cercle (fig. 4) dans .l'espace annulaire 4. Les tubes du surchauffeur 25 s'étendent longitudinale ment parallèlement à l'axe du foyer et sont recourbés pour former des rangées planes dis posées radialement. Chaque rangée est reliée à une extrémité aux collecteurs d'entrée 34 et à l'autre extrémité à des collecteurs de sortie 35.
Des cloisons 36 sont placées aux extrémités des deux parties du surchauffeur pour le séparer de l'espace réservé aux col lecteurs d'entrée et de sortie 16 et 17 de l'élé ment vaporisateur. Les collecteurs -du sur- chauffeur sont recourbés pour épouser la courbure de l'espace annulaire 4 dans lequel ils sont placés. Des connexions appropriées (non-représentées) sont prévues sur les collec- teurs 35 pour assurer l'évacuation de la va peur vers les dispositifs d'utilisation.
Le réchauffeur d'air 26 est constitué par des tôles incurvées en matière conductrice de la chaleur, en métal par exemple, écartées les unes des autres et assemblées de façon à se .loger dans un espace annulaire compris entre les parties cylindriques 38 et 39 de rayons sensiblement égaux à ceux des parties cylindriques limitant l'espace annulaire 4.
Ce réchauffeur peut être avantageusement conforme à celui décrit dans le brevet suisse no 194142 et déposé le 17 décembre 1936 par le même inventeur.
Les passages entre tôles successives du ré chauffeur d'air sont alternativement réser vés aux gaz chauds et à l'air comburant. Les gaz provenant de l'espace annulaire 4 tra versent le réchauffeur d'air 26 dans le sens de l'axe de la chambre de combustion et sor tent dans le passage annulaire 27.
L'air circule dans les passages compris entre ceux réservés aux gaz chauds et suivant une direction centripète.
Les, tôles peuvent être espacées à égales distances ou, si on le désire, à distances inégales pour présenter, par exemple, des sec tions plus grandes pour les gaz chauds que pour l'air à chauffer. De plus, le réchauffeur d'air peut s'étendre sur un arc inférieur à 360 . Il peut même être construit en sections espacées circonférentiellement les unes des autres.
Avant d'atteindre le réchauffeur d'air, l'air parcourt un espace 42 ménagé entre la paroi 3 et une enveloppe extérieure 43; il absorbe ainsi une certaine quantité des calo ries perdues par le mur 3. Une ouverture 44 assure l'entrée de l'air froid.
Steam generator. The present invention relates to a steam generator comprising a vaporizer element, an economizer, a superheater and an air heater, characterized in that these different members are arranged in a cylindrical ring. horizontal axis, the inner part of which constitutes the combustion chamber.
It has been found that, thanks to this arrangement, the generator has a high efficiency and can produce, with a relatively small footprint, a large quantity of gas, at high pressures.
The vaporizer element may have two parts, the first having a single row of tubes and non-permeable to gases, the second having two staggered rows and leaving a passage for gases. In this case, one can provide a return passage for the gases around the combustion chamber, not wise in which are placed successively the superheater, the economizer and the air heater.
This vaporizer element can be constituted by: tubes curved in an arc of a circle and connected to collectors placed at the upper part and at the lower part of the generator in the axial vertical plane thereof or in its vicinity.
The annular air heater can be formed by an assembly of sheets suitably shaped with alternating, perpendibular circulation of air and smoke.
In a preferred embodiment, the assembly may be surrounded by a sheath in which the air circulates, going to the air reheater, recovering the calories lost by the return passage.
The generator which is the subject of the present invention is applicable, for example, to mobile machines such as locomotives, motor vehicles, yachts and more especially small ships, and even airplanes.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment called generator, object of the invention.
The, fig. 1 is a plan view. partially in section, of the whole generator; fig. ? is a side elevational view. partially in section, of FIG. 1;
figs. 3 and 4 are transverse half-cuts respectively along lines 3-3 and 4-4 of the <U> fi-. </U>?: La. fig. 3 show <@ the circular constitution of the fireplace and the <B>, </B> annular position of the air heater;
fig. 4 represents the. circular arrangement of the superheater tubes; fig. 5 is a sectional view taken along line 7-7 of FIG. ? showing the groups of economizer tubes arranged synchronously; the fia. 6 is a detail view showing the production of economizer tubes. In the embodiment shown, the generator a. the shape of an evlin- dric ring.
The combustion chamber is located in the central part. It is surrounded by a bundle of vaporizer tubes in two parts 1 and?. A cylindrical outer wall 3. if necessary lined with insulation, limits the outer surface of the generator, leaving an annular space 4 for the return to the front of the hot gases from the furnace.
The generator is forced circulation. The liquid. delivered by a feed pump (not shown), is introduced by a terie pipe 5 (fig. 5). <B> It </B> is led through 1111 connection 6 in pipes 7 and 8 and reaches an economiser 9 (fig. 6) which is housed at the front end of the annular space 4. This economiser is formed (the two elements <B> 10 </B> in the form of circular arcs arranged symmetrically with respect to the axial vertical plane of the boiler (fig. 5).
Each part of the economizer includes a radial inlet manifold <B> II. </B> of tubes 12 and a radial outlet manifold 13. 1T11 a number of tubes are connected to each collector. to realize circuits in parallel for the liquid heating in the current (hot gases.
In the sectional view of FIG. :> for example. six rows are provided, each formed (the two tubes 12 and connected to each of the collectors <B> II </B> and 13. The fluid thus circulates in parallel in twelve tubes for each part of the economizer, and in all . in twenty-four tubes in parallel The economizer tubes are curved to conform to the shape of the annular space 4.
For the clarity of the description. a view: a larger scale (fig. 6) shows the forma tion of the return elbow of the tubes in each row. The liquid enters the tubes through the inlet manifolds 11 and collects in the outlet manifolds 13. In general. the circulation of liquid is against the path of the hot gases in the annular space 4.
The fluid heated in the economizer is supplied through connections 14 and 15 to an inlet drive neck 16 of the vaporizer element. This collector is placed in the annular space 4 at the lower part of the hearth. The vaporizer tubes 1 and 2 are connected at one end to the inlet manifold 16 and at the other end to an outlet manifold 17.
These tubes are arranged in helical layers constituting a large number of passages in parallel with forced circulation from the inlet manifold 16 to the outlet manifold 17: Groups of vaporizer tubes 18 and 19 form the transverse end walls of the hearth and are also joined to the collectors 16 and 17. Each of the tubes 18 and 19 form a spiral, the number of turns of which is determined to present to the passage of the fluid substantially. same resistance as that of each of tubes 1 and 2.
The vaporizer tubes 1, in the front part of the fireplace, are close to each other and form a single row. while the vaporizer tubes ?. in the rear part of the fireplace, form two rows. The tubes 2 are spaced apart and arranged in staggered rows to allow a passage for the combustion gases.
A cylindrical partition \? 0. surrounding the tubes 1, prevents the passage of gas from the fireplace between the tubes.
A burner 21 of the appropriate type is mounted in an opening \? \? of the facade. As shown, it comprises a central pipe 23 for the fuel and an adjustment device 24 for the combustion air.
The combustion gases circulate longitudinally in the hearth, then pass between the tubes 2 and in the annular space 4. In this space, returning towards the front of the. boiler, they successively meet the tubes of the superheater 25, the tubes of the economiser 12 and air heater 26. They are finally discharged through a circular passage 27, through an orifice 28.
A separator 29 is arranged at the rear of the generator. It is connected to the outlet manifold 17 by a pipe penetrating tangentially into said separator. It receives the mixture of liquid and vapor supplied by the vaporizer tubes 1, 2, 18., 19. The level of the liquid is normally maintained there approximately at the height of the axis of the hearth.
The mixture entering the separator 29 is there divided into liquid and vapor. The liquid, collected at the lower part, is taken up by a pipe 30 and a circulation pump 31 and discharged through pipes 32 into the inlet manifold 16 of the vaporizer.
The steam, through tubes 33, goes to inlet manifolds 34 of the superheater 25.
The superheating surface is formed of two symmetrical parts in an arc of a circle (fig. 4) in the annular space 4. The tubes of the superheater 25 extend longitudinally parallel to the axis of the furnace and are curved to form rings. flat rows arranged radially. Each row is connected at one end to inlet manifolds 34 and at the other end to outlet manifolds 35.
Partitions 36 are placed at the ends of the two parts of the superheater to separate it from the space reserved for the inlet and outlet reader necks 16 and 17 of the vaporizer element. The collectors of the superheater are curved to match the curvature of the annular space 4 in which they are placed. Appropriate connections (not shown) are provided on the manifolds 35 to ensure evacuation of the vapor to the devices of use.
The air heater 26 consists of curved sheets of heat-conducting material, for example metal, spaced apart from each other and assembled so as to fit into an annular space between the cylindrical parts 38 and 39 of radii substantially equal to those of the cylindrical parts limiting the annular space 4.
This heater may advantageously conform to that described in Swiss Patent No. 194142 and filed on December 17, 1936 by the same inventor.
The passages between successive sheets of the air reheater are alternately reserved for hot gases and for combustion air. The gases coming from the annular space 4 pass through the air heater 26 in the direction of the axis of the combustion chamber and exit into the annular passage 27.
The air circulates in the passages included between those reserved for the hot gases and in a centripetal direction.
The sheets can be spaced at equal distances or, if desired, at unequal distances to present, for example, larger sections for the hot gases than for the air to be heated. In addition, the air heater can span an arc less than 360. It can even be constructed in sections spaced circumferentially from each other.
Before reaching the air heater, the air passes through a space 42 formed between the wall 3 and an outer casing 43; it thus absorbs a certain amount of heat lost through the wall 3. An opening 44 ensures the entry of cold air.