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" Perfectionnements aux appareils tubulaires échangeurs de chaleur et en particulier aux chaudières tubulaires à eau ou réchauffeurs
L'invention a pour objet des perfectionnements aux appareils tubulaires échangeurs de chaleur, et en particulier aux chaudières tubulaires à eau ou réchauffeurs. Dans ce type de chaudière ou réchauffeur les tubes sont habituellement espacés les uns des autres et connec- tés individuellement aux collecteurs ou plaques tubulaires, de sorte que les flammes entourent complètement les
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tubes. Ainsi l'échange de chaleur est dû en partie à la conduction provenant du contact direct de la flamme avec le métal des tubes et en partie au rayonnement de la flamme ou de la combustion dans les espaces situés entre les tubes.
Comme le milieu gazeux remplissant ces espaces est un conducteur inférieur de la chaleur, il s'en suit que la flamme dans lesdits espaces se refroidit plus lentement que celle qui est en contact avec le métal. C'est pourquoi il est possible de réduire la grandeur des chau-
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dières ou réchauffeurs ou d'augmenter leur efficacité en , entre les tubes. i, en "E*4:ntte" les espaces situés entre les tubes.
Conformément à l'invention, les tubes de chaudière tubulaire à eau ou de réchauffeur sont assemblés de façon que chaque tube, à l'exception des tubes d'extrémités, est en contact ou en connexion métallique avec deux tubes voisins tout le long de sa longueur. Chaque assemblage de tubes peut être connecté à un collecteur à chaque extrémité. Ainsi chaque assemblage de tubes constitue, pour ainsi dire, une paroi remplie de conduits d'eau, cette structure ayant une plus grande capacité pour une rapide absorption de chaleur qu'une structure composée de tubes espacés- Cela est dû au fait que, dans le plan des tubes, la flamme est partout en contact direct avec une surface refroidissante.
L'absorption de chaleur est plus grande que celle que l'on peut obtenir avec des parois plates doubles entre lesquelles se trouve de l'eau, parce que
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la forme cylindrique des tubes présente une plus grande surface de contact que celle des parois plates. La structure tubulaire, conforme à l'invention, conduit à une meilleure distribution des gaz de combustion qui peuvent être amenés à avoir un contact étendu ou long avec les surfaces à réchauffer.
Il est ainsi possible d'avoir une diminution progressive de la température des gaz jusqu'à un minimum compatible avec le tirage.
Avec des tubes de petit diamètre et une chaleur suffisamment intense, il se produit une émulsion d'eau et de vapeur dans les tubes; d'où il résulte une circulation d'eau excessivement active dans la chaudière ou le réchauffeur.
En fait, les tubes se trouvent remplis de poches d'eau et de vapeur, de sorte qu'il se produit un déplacement énergique.
Une structure composée d'assemblages de tubes, comme indiqué précédemment, combine l'avantage de bonne circulation d'eau des chaudières tubulaires avec celui de bonne absorption de chaleur des chaudières à parois de métal continues.
Si chaque tube d'un assemblage doit être assemblé de façon étanche dans un collecteur ou une plaque tubulaire, on ne doit pas compter sur l'étanchéité. Ainsi-,, si les joints doivent être soudés, il est essentiel que le soudeur soit capable de passer la flamme de soudure
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tout autour de chaque extrémité de tube. Une soudure autogène d'un assemblage de tubes peut être imparfaite, car des fuites peuvent se produire le long d'une ligne irrégulière de soudure qui ne peut pas être réparée.
La présente invention prévoit, pour la soudure des extrémités des assemblages de tubes formant blocs avant leur assemblage ou leur soudure dans le collecteur.
Ainsi, ces blocs d'extrémités nécessitent seulement une soudure le long de lignes, et de cette opération, qui peut être exécutée avec aisance et grande facilité, résulte un assemblage des parties véritablement digne de confiance.
L'invention est particulièrement avantageuse lorsque l'appareil d'échange de chaleur perfectionné est employé en connexion avec des foyers dans lesquels on brûle du gaz ou une matière combustible gazéifiée.
Dans de tels foyers, le combustible flambant est plus fortement aété et la combustion est plus parfaite et plus complète que dans le cas où on emploie du charbon, parce que les brûleurs aspirent la quantité d'air convenable ou en sont alimentés.
A cause de cette perfection de combustion, les flammes ont un minimum de développement et avec de telles flammes, relativement courtes, il est nécessaire d'avoir des surfaces d'absorption de chaleur ayant une efficacité maximum et occupant le minimum d'espace.
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La structure, conforme aux perfectionnements faisant l'objet de l'invention, permet de satisfaire à ces conditions requises. De plus, ces structures sont économiques et offrent un minimum de résistance à l'écoulement de l'eau.
L'invention est particulièrement avantageuse dans son application aux chaudières de capacité relativement faible, telles que celles qui sont employées pour le chauffage central, et spécialement dans les maisons d'habitation et les appartements.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on a représenté, à titre d'exemple, un mode de réalisation de réchauffeur conforme à l'invention sur les figures jointes, dans lesquelles :
La figure 1 est une vue en perspective d'un élément tubulaire d'un réchauffeur, la partie inférieure de la figure montrant comment cet élément tubulaire peut être connecté au collecteur.
La figure 2 est une coupe verticale suivant la ligne II-II de la figure 3 d'un réchauffeur comprenant deux éléments du type de ceux représentés sur la figure 1.
La figure 3 est une coupe horizontale en plan suivant la ligne III-III de la figure 2.
L'élément tubulaire représenté sur la figure 1 comprend cinq tubes, a, maintenus ou réunis ensemble pour former une cloison tubulaire, chacun de ces tubes, excepté ceux d'extrémités, étant en contact avec deux
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tubes voisins le long de lignes parallèles à son axe. Chacun des tubes d'extrémités est, naturellement, en contact avec un tube seulement.
Un assemblage de cinq tubes seulement constitue un très petit élément réchauffeur et, en pratique, on doit d'habitude en employer un plus grand nombre, comme on le verra d'après la description des figures 2 & 3.
Les tubes a peuvent être de tout métal ou alliage convenable, le cuivre ou l'acier étant convenable pour usages courants. D'ailleurs les tubes a, au lieu d'être en contact seulement le long des lignes ci-dessus indiqués, peuvent être reliés par connexion métallique le long de ces lignes, par exemple au moyen de soudure ou de brasure.
Les tubes peuvent être maintenus ensemble en contact l'un avec l'autre par tous moyens appropriés, par exemple par brasure ou soudure aux extrémités.
Pour éviter la difficulté qui peut se présenter dans la façon d'un joint étanche entre les extrémités du tube cylindrique d'un assemblage et un collecteur ou une boîte de jonction, tel que b, les perfectionnements conformes à l'invention consistent à prévoir la formation de blocs, c, à chaque extrémité d'un assemblage de tubes.
Comme on le voit sur la figure 1, le bloc c est formé de côtés parallèles, mais les extrémités peuvent être droites, et, dans ce cas, les blocs acnt rectangulaires.
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Ces blocs peuvent être formés par fusion de métal sur les extrémités des tubes de l'assemblou ils peuvent être formés ou appliqués par soudure autogène. Une ouverture, d, est ménagée dans une paroi ou plaque du collecteur ou boîte, b, cette ouverture ayant une forme et des dimensions similaires à celles du bloc, c.
Un bloc c est introduit dans une ouverture d et est facilement assemblé à la paroi ou plaque du collecteur ou boîte b au moyen dtune ligae de soudure ou de brasure, e.
De cette façon, on obtient économiquement et avec grande facilité un joint vraiment étanche et durable car l'ouvrier a seulement à suivre des lignes droites ou régulières avec sa soudure ou un autre outil, et on écarte la difficulté d'effectuer les soudures tout autour de surfaces cylindriques de nombreux tubes très rapprochés les uns des autres.
Les figures 2 et 3 représentent un réchauffeur d'eau comportant deux éléments tubulaires a1 a2 du type de celui représenté sur la figure 1, mais avec beaucoup plus de tubes dans chaque élément. Les tubes sont de petit diamètre de façon à obtenir la plus grande efficacité avec un réchauffeur occupant le plus petit espace possible.
Ainsi, dans l'exemple représenté, le réchauffeur peut avoir une hauteur très légèrement supérieure à un mètre et une largeur en travers des éléments tubulaires âl â 2 d'environ 30 centimètres, chaque élément comportant
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quatorze tubes. Naturellement, on peut avoir un plus grand nombre de tubes pour chaque élément, des petits tubes de diamètres différents, les organes particuliers représentés sur les figures ne servant qu'à montrer la nature des éléments tubulaires qui concernent principa- lement l'invention.
Les deux éléments a1 a2 sont montés à l'intérieur
2 d'une cage, g, en matière appropriée, l'élément a étant monté à une courte distance derrière l'élément a1 et étant légèrement surélevé par rapport à ce dernier. Le haut et le bas des collecteurs b1 de l'élément a1 sont connectés au haut et au bas des collecteurs b2 de l'élé- ment a2 par des tuyaux coudés, f, de sorte que le cou- rant, à travers ces éléments, est en parallèle, l'organe d'entrée du courant étant connecté au bas de l'élément a1 en 1,, et l'organe de sortie du courant étant connecté au haut de l'élément a2 en h.
Les organes d'entrée de courant.1 et de sortie de courant h peuvent être con- nectés à un radiateur de chaleur ou à un système de radiateurs d'une installation de chauffage central pour une maison.
Un brûleur à gaz, k, s'étend sur la largeur de l'élément au pied de la cage et devant l'élément a1, ce brûleur pouvant être allumé au travers d'une ouver- ture 1, et la flamme pouvant être observée à travers une fenêtre, m, La flamme du brûleur k peut être rela- tivement courte, mais la trajectoire de la flamme et des gaz de combustion est longue, car cette trajectoire
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monte devant l'élément a1, descend entre les éléments a1 a2, et remonte derrière l'élément a2 vers la sortie o située à la partie supérieure de la cage, comme indiqué par les flèches.
L'écoulement de grande longueur des gaz chauds sur les aires de large surface présentées par les éléments tubulaires a pour effet de produire le réchauf- fage intense des éléments et la circulation active de l'eau dans ces éléments, ainsi qu'il a été ci-dessus expliqué'
On présume que les bulles de vapeur, formées dans les tubes d'après l'intensité de la flamme dans le réchauffeur, peuvent seulement remonter en déplaçant l'eau verticalement parce que le diamètre de ces tubes est approximativement celui des bulles de vapeur. Il est ainsi créé autant de courants verticaux qu'il y a de tubes d'eau.
Le réchauffeur aspire fortement dans l'eau froide et fournit énergiquement l'eau chaude; il agit comme une pompe dans le système de chauffage central en créant une grande vitesse de circulation d'eau sans résistance locale. Cette activité de circulation augmente l'efficacité du fait que de l'eau plus froide est amenée au contact de parois de métal surchauffé.
Il est bien entendu que le mode de réalisation décrit et représenté n'est donné qu'à titre d'exemple et que l'on peut, sans s'écarter de l'esprit de l'invention, modifier les détails d'exécution.