Chaudière pour la production d'eau surchauffée La présente invention concerne une chaudière à tubes d'eau pour la production d'eau surchauffée ali mentant une installation de chauffage de locaux.
Cette chaudière est caractérisée par le fait qu'elle est constituée par un faisceau de tubes disposés ver ticalement, exposé directement aux flammes, et pourvu d'un collecteur supérieur raccordé au circuit de chauffage et d'un collecteur inférieur, et par un faisceau de tubes économiseurs, disposés dans le carneau de départ des fumées, et alimentés à leurs extrémités inférieures par l'eau de retour du circuit de chauffage, ledit collecteur supérieur étant rac cordé, d'une part audit collecteur inférieur, par des conduits protégés contre l'action directe des flammes,
et d'autre part aux extrémités supérieures desdits tubes économiseurs.
Grâce à cette disposition, l'eau qui rentre dans la chaudière après avoir traversé le circuit de chauf fage, récupère les calories entraînées par les fumées vers la cheminée, puis se mélange dans le collecteur supérieur du faisceau principal à l'eau surchauffée sortant des tubes de ce faisceau.
Cette dernière entraîne un nombre plus ou moins important de bulles de vapeur<B>;</B> la présence de ces bulles dans l'installation de chauffage risquerait de favoriser l'ébullition de l'eau surchauffée, maintenue constam ment dans des conditions de pression et de tempé rature assez voisines de celles du point d'ébullition ;
mais le mélange, dans le collecteur supérieur, de l'eau surchauffée et de l'eau de retour, préchauffée dans l'économiseur, mais. à une température quand même très inférieure, provoque la condensation des- dites bulles de vapeur, et réduit ainsi le danger d'ex plosion dans l'installation à eau surchauffée.
Une partie du mélange formé dans le collecteur supérieur par l'eau sortant du faisceau exposé direc- tement aux flammes et par celle sortant des tubes économiseurs, va alimenter ledit collecteur inférieur dudit faisceau principal, tandis que le reste de cette eau passe dans le circuit de chauffage.
La chaudière selon l'invention comporte donc deux circuits d'eau, ayant en commun le collecteur supérieur du faisceau principal de la chaudière.
Grâce à cette disposition une circulation rapide de l'eau s'établit dans les tubes du faisceau exposé directement aux flammes et la quantité de vapeur formée reste faible.
La disposition de la chaudière selon l'invention permet de réaliser une économie en matériaux réfrac taires coûteux, ainsi qu'une amélioration des échan ges thermiques, entraînant une diminution des pertes calorifiques, et une plus grande souplesse de marche de la chaudière, dont les démarrages sont en parti culier notablement accélérés.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la chaudière conforme à l'invention.
Les fig. 1 et 2 en représentent deux coupes, par deux plans verticaux parallèles à ses parois, et indi qués respectivement par la ligne I-1 de la fig. 2 et par la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 représente une coupe de la chaudière par un plan horizontal indiqué par la ligne III-111 de la fig. 1.
La chaudière représentée au dessin a la forme d'un parallélépipède posé sur le sol 1, et dont les quatre parois verticales sont constituées par des murs de maçonnerie 2, 3, 4, 5.
La partie inférieure de la chaudière est divisée par le mur 6 en deux chambres 7 et 8 dont les parois sont nues (fig. 1), tandis que sa partie supérieure est divisée par la paroi 9, constituée par des pla- ques réfractaires, en deux chambres 10 et 11, dont les parois extérieures sont recouvertes de plaques réfractaires, et qui communiquent entre elles par une ouverture 12 située au-dessus de la paroi 9 (fig. 1).
Les murs 2 à 5 présentent des saillies intérieures 13, 13', sur lesquelles les plaques réfractaires 14, 14' prennent appui, ce qui a pour effet de ménager entre ces murs et leur revêtement réfractaire un ma telas isolant d'air 15, 15'. .L'espace vide pourrait aussi être rempli d'une poudre à faible coefficient de transmission thermique.
Le faisceau principal 16 de la chaudière est cons titué par des tubes métalliques nus disposés verti calement contre les quatre parois de la chambre 10, comme le montre la fig. 3 ; ils sont reliés par leurs extrémités, d'une part à un collecteur inférieur 17, et, d'autre part, à un collecteur supérieur 18.
Le brûleur ou la grille du foyer, non représenté, est placé à la partie supérieure de la chambre 7.
Le collecteur supérieur 18 communique par une conduite 19 avec un collecteur de distribution 20 alimentant les différentes colonnes montantes de l'ins tallation, qui comportent chacune plusieurs appa reils de chauffage en série.
La conduite 19 est également reliée au collec teur inférieur 17 par des conduits 21 (fig. 2) qui passent dans les intervalles ménagés entre les murs de la chambre 10 et leur revêtement réfractaire, et qui sont soustraits de ce fait à l'action directe des flammes.
La chambre 11 constitue le carneau des fumées ; elle est prolongée vers le bas par la chambre 8 dont la partie inférieure communique avec l'entrée de la cheminée, non représentée.
Les tubes économiseurs 22 sont placés vertica lement dans les chambres 8 et 11 où ils forment trois faisceaux comme le montre la fig. 3, dont cha cun est alimenté à sa partie inférieure par un collec teur indépendant 23, 24 ou 25 ; ces trois collecteurs sont eux-mêmes alimentés par un collecteur général 26, placé à la partie inférieure de la chambre 8 (fig. 1), et raccordé à la conduite de retour de l'ins tallation, qui n'est pas représentée.
Chacun des tubes économiseurs 22 est raccordé à sa partie supérieure au collecteur supérieur 18 du faisceau principal.
Les chambres 10 et 11 sont fermées à leur par tie supérieure par une plaque de tôle mince 27, en acier inoxydable, qui peut être démontée pour per mettre le nettoyage intérieur de ces deux chambres et qui, en cas d'explosion, serait simplement soufflée vers le haut.
Le fonctionnement de la chaudière qui vient d'être décrite est le suivant L'eau contenue dans le collecteur inférieur 17 du faisceau principal, s'élève dans les tubes 16 de celui-ci qui sont soumis à l'action directe des flammes provenant du brûleur ou du foyer placé dans la chambre 7. La pression de l'eau qui parcourt les différents circuits de la chaudière étant toujours su- périeure à la pression atmosphérique, et d'autant plus que l'installation de chauffage qu'elle alimente a une certaine hauteur, l'eau qui s'élève dans les tubes 16 est portée progressivement à une tempéra ture supérieure à 1001, C sans pourtant subir une vaporisation totale.
C'est donc de l'eau surchauffée, contenant seulement une certaine quantité de bulles de vapeur, qui parvient dans le collecteur supé rieur 18.
La conduite de retour amène l'eau qui a tra versé l'installation et y a perdu 40 à 50 C, dans le collecteur général 26 de l'économiseur, qui la dis tribue dans les trois collecteurs 23, 24, 25, d'où elle s'élève dans les tubes économiseurs 22 ; simulta nément les fumées passent de la chambre 10 dans les chambres 11 et 8 par l'orifice 12 ; elles s'échappent ensuite par la cheminée qui s'ouvre à la partie infé rieure de la chambre 8, après avoir circulé le long des tubes 22 en contre-courant de l'eau de retour qui s'y élève ; celle-ci récupère donc une partie des calories entraînées par les fumées.
Lorsqu'elle parvient dans le collecteur supérieur 18, l'eau de retour, ainsi réchauffée, est néanmoins à une température assez inférieure à celle de l'eau surchauffée qui sort des tubes 16 du faisceau prin cipal, avec laquelle elle se mélange en produisant, par suite, la condensation de la plupart des bulles de vapeur contenues dans cette eau surchauffée.
C'est donc de l'eau encore surchauffée mais pres que entièrement exempte de bulles de vapeur qui s'élève sous l'effet du thermosiphon dans la con duite 19.
Une fraction de cette eau retombe alors par les conduits 21 dans le collecteur inférieur 17 du faisceau principal 16, et il s'établit par suite dans les tubes 16 une circulation rapide, activée encore par les bulles de vapeur.
Les conduites 21 qui passent entre la maçonnerie 4 et son revêtement réfractaire 14', échappent à l'action directe des flammes, ce qui élimine le risque d'ébullition de l'eau surchauffée.
Le reste de l'eau qui s'élève dans la conduite 19 passe dans le collecteur de distribution 20, qui ali mente l'installation de chauffage.
Pour améliorer la récupération effectuée par l'économiseur, les parois 9 et 9' du carneau 11 ne sont pas planes, mais forment des coudes assez ouverts 27, 27' (fig. 1) constituant des chicanes, dont l'effet est d'allonger le parcours des fumées au contact des tubes de récupération 22, et de brasser les filets gazeux qui lèchent ces différents tubes, tout en évi tant de réduire le tirage de la cheminée par des chicanes trop développées qui produiraient des pertes de charges trop importantes.
Ainsi tous les revêtements réfractaires des parois des chambres 10 et 11 sont réalisés à l'aide de pla ques en matériau réfractaire, telles que 14, 14', toutes identiques entre elles pour en abaisser le prix de revient. Ces plaques reposent les unes sur les autres et elles sont maintenues en position par le fait que le bord supérieur de chacune d'elles présente une gout tière 27, dans laquelle s'engage le bord inférieur 28 de la plaque supérieure, qui présente en relief une forme complémentaire de celle de la gouttière.
Grâce à cette disposition, deux plaques placées l'une au-dessus de l'autre non seulement sont encas trées l'une dans l'autre, ce qui permet la construc tion de parois rigides, en particulier planes, telles que celles qui revêtent les murs 4 et 5, mais elles peuvent aussi être inclinées l'une par rapport à l'autre de façon à former des coudes tels que 27, 27' sur les parois 9 et 9'.
Boiler for the production of superheated water The present invention relates to a water tube boiler for the production of superheated water supplying a space heating installation.
This boiler is characterized by the fact that it consists of a bundle of tubes arranged vertically, exposed directly to the flames, and provided with an upper manifold connected to the heating circuit and a lower manifold, and by a bundle of economiser tubes, arranged in the outlet flue of the fumes, and supplied at their lower ends by the return water from the heating circuit, said upper manifold being connected, on the one hand to said lower manifold, by conduits protected against l 'direct action of the flames,
and on the other hand at the upper ends of said economizer tubes.
Thanks to this arrangement, the water which enters the boiler after passing through the heating circuit, recovers the calories entrained by the fumes towards the chimney, then mixes in the upper collector of the main bundle with the superheated water leaving the tubes of this bundle.
The latter causes a greater or lesser number of vapor bubbles <B>; </B> the presence of these bubbles in the heating installation could promote the boiling of the superheated water, kept constantly under conditions of pressure and temperature fairly close to those of the boiling point;
but the mixture, in the upper manifold, of superheated water and return water, preheated in the economizer, but. at a temperature which is nevertheless very lower, causes the condensation of said vapor bubbles, and thus reduces the danger of explosion in the superheated water system.
Part of the mixture formed in the upper collector by the water exiting the bundle exposed directly to the flames and by that exiting from the economizer tubes, will feed said lower collector of said main bundle, while the rest of this water passes through the circuit. of heating.
The boiler according to the invention therefore comprises two water circuits, having in common the upper manifold of the main bundle of the boiler.
Thanks to this arrangement a rapid circulation of water is established in the tubes of the bundle exposed directly to the flames and the quantity of vapor formed remains low.
The arrangement of the boiler according to the invention makes it possible to save on expensive refractory materials, as well as an improvement in heat exchange, leading to a reduction in heat losses, and greater flexibility of operation of the boiler, including starts are notably accelerated.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the boiler according to the invention.
Figs. 1 and 2 show two sections of it, by two vertical planes parallel to its walls, and indicated respectively by line I-1 of FIG. 2 and by line II-II of FIG. 1.
Fig. 3 shows a section of the boiler on a horizontal plane indicated by line III-111 of FIG. 1.
The boiler shown in the drawing has the shape of a parallelepiped placed on the ground 1, and the four vertical walls of which are formed by masonry walls 2, 3, 4, 5.
The lower part of the boiler is divided by wall 6 into two chambers 7 and 8, the walls of which are bare (fig. 1), while its upper part is divided by wall 9, formed by refractory plates, in two chambers 10 and 11, the outer walls of which are covered with refractory plates, and which communicate with each other through an opening 12 located above the wall 9 (FIG. 1).
The walls 2 to 5 have internal projections 13, 13 ', on which the refractory plates 14, 14' rest, which has the effect of forming between these walls and their refractory lining an air insulating ma telas 15, 15 '. The empty space could also be filled with a powder with a low thermal transmission coefficient.
The main bundle 16 of the boiler is constituted by bare metal tubes arranged vertically against the four walls of the chamber 10, as shown in FIG. 3; they are connected by their ends, on the one hand to a lower collector 17, and, on the other hand, to an upper collector 18.
The burner or the grate of the hearth, not shown, is placed at the top of the chamber 7.
The upper manifold 18 communicates via a pipe 19 with a distribution manifold 20 supplying the various risers of the installation, which each comprise several heating devices in series.
The pipe 19 is also connected to the lower collector 17 by pipes 21 (fig. 2) which pass through the intervals formed between the walls of the chamber 10 and their refractory lining, and which are thereby removed from the direct action. flames.
The chamber 11 constitutes the flue of the fumes; it is extended downwards by the chamber 8, the lower part of which communicates with the entrance to the fireplace, not shown.
The economizer tubes 22 are placed vertically in the chambers 8 and 11 where they form three bundles as shown in FIG. 3, each of which is fed at its lower part by an independent collector 23, 24 or 25; these three collectors are themselves supplied by a general collector 26, placed in the lower part of the chamber 8 (fig. 1), and connected to the return pipe of the installation, which is not shown.
Each of the economizer tubes 22 is connected at its upper part to the upper manifold 18 of the main bundle.
The chambers 10 and 11 are closed at their upper part by a thin sheet metal plate 27, made of stainless steel, which can be dismantled to allow the interior cleaning of these two chambers and which, in the event of an explosion, would simply be blown out. to the top.
The operation of the boiler which has just been described is as follows The water contained in the lower collector 17 of the main bundle rises in the tubes 16 thereof which are subjected to the direct action of the flames coming from the burner or hearth placed in chamber 7. The pressure of the water flowing through the various circuits of the boiler being always higher than atmospheric pressure, and all the more so as the heating installation it supplies has At a certain height, the water which rises in the tubes 16 is gradually brought to a temperature above 1001, C without however undergoing total vaporization.
It is therefore superheated water, containing only a certain quantity of vapor bubbles, which reaches the upper manifold 18.
The return pipe brings the water which has passed through the installation and lost 40 to 50 C there, in the general collector 26 of the economizer, which distributes it in the three collectors 23, 24, 25, where it rises in economizer tubes 22; simultaneously, the fumes pass from chamber 10 to chambers 11 and 8 through orifice 12; they then escape through the chimney which opens at the lower part of the chamber 8, after having circulated along the tubes 22 against the current of the return water which rises there; the latter therefore recovers part of the calories caused by the fumes.
When it arrives in the upper collector 18, the return water, thus reheated, is nevertheless at a temperature rather lower than that of the superheated water which leaves the tubes 16 of the main bundle, with which it mixes, producing , consequently, the condensation of most of the vapor bubbles contained in this superheated water.
It is therefore water still superheated but almost entirely free of vapor bubbles which rises under the effect of the thermosiphon in the pipe 19.
A fraction of this water then falls through the conduits 21 into the lower collector 17 of the main bundle 16, and a rapid circulation is established in the tubes 16, further activated by the steam bubbles.
The pipes 21 which pass between the masonry 4 and its refractory lining 14 ', escape the direct action of the flames, which eliminates the risk of the superheated water boiling.
The rest of the water which rises in the pipe 19 passes into the distribution manifold 20, which supplies the heating installation.
To improve the recovery carried out by the economizer, the walls 9 and 9 'of the flue 11 are not flat, but form fairly open elbows 27, 27' (fig. 1) constituting baffles, the effect of which is to lengthen the path of the fumes in contact with the recovery tubes 22, and to stir the gas streams which lick these various tubes, while avoiding reducing the draft of the chimney by excessively developed baffles which would produce excessive pressure drops.
Thus all the refractory coatings of the walls of the chambers 10 and 11 are produced using plates of refractory material, such as 14, 14 ', all identical to each other in order to lower the cost price. These plates rest on each other and they are held in position by the fact that the upper edge of each of them has a gutter 27, in which engages the lower edge 28 of the upper plate, which presents in relief a shape complementary to that of the gutter.
Thanks to this arrangement, two plates placed one above the other not only are embedded one in the other, which allows the construction of rigid walls, in particular flat, such as those which cover the walls 4 and 5, but they can also be inclined with respect to one another so as to form elbows such as 27, 27 'on the walls 9 and 9'.