Chaudière
La présente invention a pour objet une chaudière, Ca- ractérisée en ce qu'elle comprend un groupe de serpentins annulaires, coaxiaux et juxtaposés, chaque serpentin étant formé par un tube de section transversale uniforme enroulé pour former des couches de spires coaxiales, les spires de chaque couche étant décalées en quinconce par rapport à celles des couches adjacentes, des spires de chaque couche étant maintenues uniformément espacées les unes des autres par des blocs d'écartement et des cales étant disposées pour séparer les couches de spires les unes des autres de manière que la largeur des intervalles entre les couches soit plus petite à la périphérie du serpentin qu'à la partie intérieure de celui-ci.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention:
la fig. 1 est une vue schématique de cette forme d'exécution;
la fig. 2 est une coupe verticale à plus grande échelle à travers la chambre de combustion et l'enveloppe des serpentins de la chaudière de la fig. 1 ;
la fig. 3 est une vue en perspective éclatée montrant les serpentins et la chambre de combustion;
la fig. 4 est une coupe verticale par la ligne 4-4 de la fig. 3;
la fig. S est une coupe à plus grande échelle à travers un serpentin;
la fig. 6 est une vue en élévation d'un serpentin;
la fig. 7 est une coupe par la ligne 7-7 de la fig. 6.
La chaudière représentée constituant un générateur de vapeur horizontal, comprend des serpentins, un dispositif de combustion 1 1 et un tambour séparateur de vapeur 12. L'eau circulant à travers les serpentins est chauffée par les gaz chauds provenant du dispositif 11 et la vapeur et l'eau provenant des serpentins sont séparées dans le tambour séparateur de vapeur 12.
Le générateur comprend une enveloppe 13 dans laquelle sont montés quatre serpentins 14, 15, 16 et 17.
Les serpentins sont de forme annulaire et munis d'entrées 14a, l5a, 16a et 17a et des sorties 14b, l5b, 16b et 17b. Toutes les entrées sont raccordées à un collecteur d'entrée 18, tandis que toutes les sorties sont raccordées à un collecteur de sortie 19. Les deux collecteurs d'entrée et de sortie sont reliés au tambour 12, le collecteur de sortie aboutissant à une rampe de projection de vapeur 20 par un tube 21, tandis que le collecteur d'entrée est relié au tambour par un tube 22. Une pompe à eau de recirculation 23 intercalée dans le tube 22 fait circuler l'eau à travers les serpentins. L'eau et la vapeur quittant les serpentins sont séparées dans le tambour 12 par la rampe de projection de vapeur 20 de sorte que le tambour constitue alors un réservoir de vapeur et un réservoir d'eau.
Le tambour 12 alimente un récepteur par une sortie de vapeur 24 et, en agissant en réservoir d'eau, il permettra à l'eau préchauffée à peu près à la température de saturation d'être remise en circulation à travers le tube de retour 22 jusqu'au collecteur d'entrée 18 pour repasser dans les serpentins.
Un robinet de purge 25 est monté au fond du tambour 12 pour permettre d'enlever du réservoir le dépôt de boue et de sédiment qui s'y est formé. Une soupape de sécurité 26 est aussi montée sur le tambour. Une conduite d'alimentation en eau 27 sert à maintenfr un niveau d'eau convenable dans le tambour.
L'enveloppe 13 des serpentins entoure les serpentins et délimite avec ceux-ci une chambre de réception des gaz de combustion 28 de section annulaire qui communique avec un conduit 29 de raccordement à une cheminée.
Les gaz chauds de combustion du dispositif de combustion sont refoulés dans l'espace central 30 des serpentins et s'écoulent radialement vers l'extérieur en balayant les serpentins à contre-courant par rapport à la direction générale de l'écoulement de l'eau à l'intérieur des serpentins.
Le dispositif de combustion 11 comprend une enveloppe 31 dans laquelle est montée une chambre de combustion 33. Cette chambre de combustion est fermée à une extrémité par une paroi 34 qui porte un brûleur 35 monté en son centre. L'autre extrémité de la chambre 33 présente une paroi 36 qui est pourvue d'une ouverture d'étranglement 37 à travers laquelle les gaz de combustion s'échappent de la chambre de combustion 33. Une chambre annulaire 38 entoure la chambre 33 et est raccordée à un ventilateur 39 qui met en pression l'air de la chambre et refoule l'air à travers des ouvertures autour du brûleur 35 pour assurer la combustion dans la chambre de combustion 33 et pour refouler les gaz de combustion dans l'espace 30. Pour le brûleur 35, on peut utiliser, comme combustible, soit du gaz, soit de l'huile.
Les quatre serpentins annulaires ont même forme et même dimension. Comme représenté à la fig. 2, ils sont coaxiaux et juxtaposés. Chaque serpentin se compose d'un tube continu enroulé de manière à former des couches de spires coaxiales, les spires de chaque couche étant décalées en quinconce par rapport à celles des couches adjacentes pour constituer un serpentin annulaire de section transversale rectangulaire. Les entrées des serpentins se trouvent à la périphérie de ceux-ci et les sorties se trouvent à l'intérieur. Les entrées sont alignées de même que les sorties. Les serpentins comprennent chacun sept couches de spires de trois spires chacune.
La section rectangulaire du serpentin, représentée en particu]ier à la fig. 5, assure le chauffage uniforme à travers chaque serpentin, favorise l'écoulement efficace des gaz de combustion et minimise la surface chauffante non utilisée.
Les spires de chaque couche sont maintenues uniformément écartées par des blocs d'écartement 40 (fig.
6 et 7). Il y a trois blocs d'écartement entre les spires de chaque couche. Comme on le voit en particulier sur la fig. 7, les blocs d'écartement 40 sont soudés aux tubes adjacents qui sont séparés par eux. Les serpentins étant étroits et profonds, chacun offre la même surface de radiation à la flamme ou aux gaz de combustion ce qui donne un écoulement uniforme des gaz de combustion à travers les divers serpentins.
La capacité d'échange thermique des gaz de combustion est augmentée par la diminution progressive de la périphérie vers l'intérieur de l'écartement entre les couches successives de spires, ce qui augmente le rendement total du serpentin. Cela s'obtient par le montage de cales ondulées 41, 42, 43, 44, 45 et 46 entre les couches successives de spires de chaque serpentin. Les cales du côté du diamètre intérieur de chaque serpentin sont plus épaisses que celles adjacentes au diamètre extérieur pour assurer une diminution de l'écartement entre les couches de tubes au diamètre extérieur du côté de la cheminée. Bien que les cales ondulées 41-46 puissent être progressivement plus minces pour diminuer progressivement l'écartement entre les couches de tubes du diamètre intérieur au diamètre extérieur, quelques cales adjacentes pourraient être de la même épaisseur.
Dans la forme d'exécution représentée la cale ondulée 42 (fig.
7) est plus mince que la cale 41 tandis que les cales 43-46 ont la même épaisseur. Les gaz de combustion sont beaucoup plus froids à la périphérie de chaque serpentin qu'à l'intérieur et par conséquent, pour obtenir le plus grand profit des gaz, les couches de spires extérieures sont plus voisines pour diminuer la dimension du passage des gaz de combustion et augmenter la vitesse de ces gaz ainsi que le nombre de Reynolds au voisinage de la périphérie. Une augmentation du taux de transfert de chaleur est obtenue par l'augmentation de la vitesse et du nombre de Reynolds. Ainsi, la chaudière décrite permet d'obtenir le transfert maximal par convection dans les couches de tubes extérieurs du serpentin, là où la température de surface ou la différence entre les températures du gaz et des tubes et le transfert par radiation sont faibles.
Des cales 47 sont fixées à des spires latérales extérieures de chaque serpentin pour assurer l'écartement convenable d'un serpentin à l'autre. Des rondelles 49 sont montées sur les parois d'extrémité opposées (fig. 2 et 5) pour écarter les serpentins d'extrémité des parois d'extrémité correspondantes et ces rondelles empêchent l'écoulement des gaz de combustion sur leurs faces en contact avec les serpentins.
Boiler
The present invention relates to a boiler, characterized in that it comprises a group of annular, coaxial and juxtaposed coils, each coil being formed by a tube of uniform cross section wound to form layers of coaxial turns, the turns with each layer being staggered with respect to those of adjacent layers, turns of each layer being kept uniformly spaced from each other by spacer blocks and wedges being arranged to separate the layers of turns from each other by so that the width of the intervals between the layers is smaller at the periphery of the coil than at the inner part thereof.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention:
fig. 1 is a schematic view of this embodiment;
fig. 2 is a vertical section on a larger scale through the combustion chamber and the casing of the coils of the boiler of FIG. 1;
fig. 3 is an exploded perspective view showing the coils and the combustion chamber;
fig. 4 is a vertical section taken along line 4-4 of FIG. 3;
fig. S is a larger-scale cut through a coil;
fig. 6 is an elevational view of a coil;
fig. 7 is a section taken along line 7-7 of FIG. 6.
The boiler shown constituting a horizontal steam generator, comprises coils, a combustion device 11 and a steam separator drum 12. The water flowing through the coils is heated by the hot gases from the device 11 and the steam and the water from the coils is separated in the steam separator drum 12.
The generator comprises a casing 13 in which are mounted four coils 14, 15, 16 and 17.
The coils are annular in shape and provided with inlets 14a, 15a, 16a and 17a and outlets 14b, 15b, 16b and 17b. All the inlets are connected to an inlet manifold 18, while all the outlets are connected to an outlet manifold 19. The two inlet and outlet manifolds are connected to the drum 12, the outlet manifold terminating in a ramp. steam projection 20 through a tube 21, while the inlet manifold is connected to the drum by a tube 22. A recirculating water pump 23 interposed in the tube 22 circulates the water through the coils. The water and the steam leaving the coils are separated in the drum 12 by the steam projection ramp 20 so that the drum then constitutes a steam reservoir and a water reservoir.
Drum 12 feeds a receiver through a steam outlet 24 and, by acting as a water reservoir, it will allow preheated water to approximately saturation temperature to be recirculated through return tube 22 up to the inlet manifold 18 to go back through the coils.
A purge valve 25 is mounted at the bottom of the drum 12 to enable the deposit of sludge and sediment which has formed therein to be removed from the reservoir. A safety valve 26 is also mounted on the drum. A water supply line 27 serves to maintain a suitable water level in the drum.
The casing 13 of the coils surrounds the coils and defines therewith a chamber for receiving the combustion gases 28 of annular section which communicates with a conduit 29 for connection to a chimney.
The hot combustion gases from the combustion device are forced into the central space 30 of the coils and flow radially outwards, sweeping the coils against the current to the general direction of the water flow. inside the coils.
The combustion device 11 comprises a casing 31 in which is mounted a combustion chamber 33. This combustion chamber is closed at one end by a wall 34 which carries a burner 35 mounted at its center. The other end of chamber 33 has a wall 36 which is provided with a throttle opening 37 through which combustion gases escape from combustion chamber 33. An annular chamber 38 surrounds chamber 33 and is connected to a fan 39 which pressurizes the air in the chamber and forces the air through openings around the burner 35 to ensure combustion in the combustion chamber 33 and to force the combustion gases into the space 30 For the burner 35, either gas or oil can be used as fuel.
The four annular coils have the same shape and size. As shown in fig. 2, they are coaxial and juxtaposed. Each coil consists of a continuous tube wound so as to form layers of coaxial turns, the turns of each layer being staggered with respect to those of the adjacent layers to form an annular coil of rectangular cross section. The inlets of the coils are on the periphery of them and the outlets are inside. The inputs are aligned as are the outputs. The coils each comprise seven layers of turns of three turns each.
The rectangular section of the coil, shown in particular] ier in FIG. 5, provides uniform heating through each coil, promotes efficient flue gas flow and minimizes unused heating surface.
The turns of each layer are kept uniformly apart by spacer blocks 40 (fig.
6 and 7). There are three spacer blocks between the turns of each layer. As can be seen in particular in FIG. 7, the spacer blocks 40 are welded to adjacent tubes which are separated by them. Since the coils are narrow and deep, each provides the same area of radiation to the flame or flue gases resulting in a uniform flow of flue gases through the various coils.
The heat exchange capacity of the combustion gases is increased by the progressive reduction of the periphery towards the interior of the spacing between the successive layers of turns, which increases the total efficiency of the coil. This is achieved by mounting corrugated wedges 41, 42, 43, 44, 45 and 46 between the successive layers of turns of each coil. The shims on the inside diameter side of each coil are thicker than those adjacent to the outside diameter to ensure a decrease in the spacing between the layers of tubes at the outside diameter of the chimney side. Although the corrugated shims 41-46 may be progressively thinner to gradually decrease the spacing between the layers of tubes from inside diameter to outside diameter, a few adjacent shims could be of the same thickness.
In the embodiment shown the corrugated wedge 42 (fig.
7) is thinner than the wedge 41 while the wedges 43-46 have the same thickness. The combustion gases are much cooler at the periphery of each coil than on the inside and therefore, to get the greatest benefit from the gases, the outer coil layers are closer together to decrease the size of the gas passage. combustion and increase the velocity of these gases as well as the Reynolds number in the vicinity of the periphery. An increase in the rate of heat transfer is achieved by increasing the velocity and Reynolds number. Thus, the described boiler achieves the maximum transfer by convection in the outer tube layers of the coil, where the surface temperature or the difference between the gas and tube temperatures and the radiation transfer is low.
Shims 47 are attached to outer side turns of each coil to ensure proper spacing from one coil to another. Washers 49 are mounted on the opposite end walls (Figs. 2 and 5) to move the end coils away from the corresponding end walls and these washers prevent the flow of combustion gases on their faces in contact with them. streamers.