<Desc/Clms Page number 1>
Générateur de va.peur tubulaire.
Convention Internationale : Demandes de brevets allemands Sch.
104.876 X/13 g du 6 août et Sch. 105.507 X/13 d du 2 novembre
1934.
Les générateurs de vapeur tubulaires dans lesquels on 'n'introduit dans les tubes de vaporisation que l'eau d'alimen- tation vaporisée au cours d'un passage dans le tube et retirée à l'extrémité sous la forme de vapeur, ne contiennent que peu d'eau dans leur partie chauffée par les flammes. Ils peuvent donc être rapidement- portés à la température normale de fonc- tionnement et ils présentent l'avantage d'être inexplosibles.
<Desc/Clms Page number 2>
Leur fonctionnement dépend cependant dons une large mesure du fonctionnement correct du dispositif d'alimentation et d'un réglage rapide du foyer. Si le 1.. dispositif , d'alimentation cesse de fonctionner, le refroidissemént de la surface de la paroi des tubes chauffée par le foyer. '-refroidissement qui se pro- duit en service et qui est provoqué par la circulation du mé- lange de vapeur et d'eau et par la vapeur, cesse immédiatement.
On connaît également des générateurs de vapeur tubu- laires qui contiennent, en plus de la quantité d'eau introdui- te d'une manière continue et vaporisée au cours d'un passage dans les tubes, une quantité d'eau supplémentaire, de telle sorte qu'il sort des tubes de vaporisation débouchant dans un tambour ou collecteur un mélange de vapeur et d'eau, et que dans le collecteur a lieu la séparation de la vapeur d'avec l'excès d'eau. L'eau s'écoule à travers des tubes descendants',: vers un collecteur inférieur d'où partent les tubes de vapori- sation et dans lequel l'eau d'alimentation est introduite en fonction de la quantité vaporisée.
Pour la réalisation de la circulation naturelle qui règne dans les tubes de ce généra- teur de vapeur tubulaire, l'inertie de la quantité d'eau rela- tivement grande exerce une influence défavorable du côté des tubes descendants. D'autre part, la- production de vapeur lors de la mise en service exige relativement beaucoup de temps, parce que l'eau chauffée au cours d'un passage dans les tubes ne revient pas immédiatement vers les tubes de vaporisation, et que cette eau rencontre d'abord à la partie supérieure l'eau contenue dans les tubes descendants et qu'elle perd son énergie cinétique . tandis que de l'eau d'alimentation fraîche sortant du réservoir d'eau inférieur suit. Il faut donc d'abord porter à l'ébullition une quantité d'eau relativement grande.
Afin d'éviter ces inconvénients et d'améliorer la circulation naturelle, les tubes de vaporisation se continuent,
<Desc/Clms Page number 3>
selon la présente invention, au-delà de l'endroit de la sépa- ration de la vapeur d'avec l'eau qui continue son circuit jusqu'aux tubes de descente avec lesquels ils forment des élé- ments de circuit au moyen desquels l'eau contenue dans le gé- nérateur et qui circule est divisée en circuits indépendants les uns des autres.
Un avantage important de la présente invention consis- te en ce que la vitesse de circulation de l'eau qui continue son circuit en passant des tubes de vaporisation vers les tu- bes descendants est utilisée pour la circulation. Comme l'eau élevée par les tubes de vaporisation est toujours conduite dans la suite de son circuit, elle ne peut pa,s former dans la partie supérieure des tubes de vaporisation une colonne d'eau qui empêche l'évacuation libre de la va.peur. Par suite de la division de l'eau, contenue dans le générateur de la présente invention, en autant de petites quantités partielles qu'il existe d'éléments de .circuit, il n'existe nulle part dans le générateur de vapeur une quantité d'eau de grande inertie.
Plus la résistance opposée à la circulation est faible dans chacun des éléments de circuit, plus la petite quantité par- tielle d'eau est mobile. C'est pourquoi il ne se produira que de faibles pulsations avec de faibles à-coups en sens contrai- re qui ne nuisent pas à la circulation continue, de sorte qu'on obtient d'une manière certaine un bon refroisissement des surfaces de vaporisation chauffées par les flammes, au moyen de l'eau qui circule.
Par suite des conditions de circulation favorables, la contenance en eau, faible par elle-même, d'un élément de circuit peut dans danger être modifiée dans de larges limites.
Quand la contenance en eau est grande, le phénomène de vapo- risation est analogue à celui d'une chaudière à tubes d'eau à circulation/naturelle. Mais rapportée à la surface de chauffe
<Desc/Clms Page number 4>
ou à la capacité de valorisation, la. contenance en eau ne re- présente qu'une fraction de celle de chaudières normales à tubes d'eau. Pour une contenance moyenne en fonctionnement normal, on obtient une vaporisation comme dans un générateur de vapeur à circulation et à alimentation en excès. Plus on réduit la contenance en eau, plus le phénomène de vaporisation se rapproche de celui d'un générateur simple à circulation.
Cette variation étendue de la contenance en eau supplémentaire des éléments de circuit donne une sécurité de fonctionnement très grande à un générateur de vapeur tubulaire et en outre une régularité de la production de vapeur même lorsque l'ali- mentation et la combustion sont très poussées ou très ralen- ties.
La forme des éléments de circuit est choisie dans chaque cas de façon à opposer dans les tubes la résistance la plus faible à la circulation. Des changements de direction brusques et de brusques variations de section ont été évités afin de ne pas détruire la force vive du mélange de vapeur et d'eau mis en mouvement.
Les différents éléments de circuit formés par des parties ascendantes et descendantes des tubes peuvent être indépendants les uns des autres de telle sorte que la. circu- lation des petites quantités partielles d'eau différentes s'effectue d'une manière entièrement indépendante dans chaque élément. Cette forme d'exécution de la présente invention offre l'avantage que la circulation n'est pas troublée par les phé- nomènes qui ont leur siège dans les tubes de vaporisation dans lesquels les conditions de circula.tion et de chauffage sont différentes. Il ne se produit donc aucune déviation du circuit d'eau par l'aspiration exercée par d'autres tubes de vapori- sation.
Mais il est également indiqué de brancher sur un tube
<Desc/Clms Page number 5>
descendant commun des groupes isolés de tubes de vaporisation présentant des conditions similaires de construction et de chauffage.
On peut également monter en série les éléments d'un groupe de tubes de vaporisation et enfin également tous les éléments de la chaudière intervenant dans la circulation, en reliant toujours le tube ascendant de l'un des éléments de cir- cuit au tube descendant de l'élément suivant et le tube descen- dant du dernier élément au tube ascendant du premier. De cette façon, on obtient un circuit fermé à travers les éléments réunis. La circulation dans chacun des éléments n'est alors plus indépendante, il est vrai, de la circulation qui se produit dans les autres éléments.
Cependant, on conserve l'avantage que l'ensemble de la masse en circulation est divisée en cir- cuits isolés et que chaque élément de circuit ne contient qu'une quantité partielle d'eau faible mais variable entre de larges limites, et que nulle part il ne peut s'accumuler dans l'appa- reil une quantité d'eau d'une certaine importance qui s'oppo- serait par son inertie à la circulation.
Dans l'appareil, objet de la présente invention, l'eau ne peut pas suivre un chemin arbitraire comme dans les chaudières à tubes d'eau et à collecteurs, elle circule au con- traire d'une manière automatique et continue soit dans chacun des éléments de circuit isolés, soit dans les groupes de ces éléments, soit encore à travers tout le système des tubes. Il faut dans ce cas que l'eau suive toujours un chemin fixé à l'a- vance lors de la construction ce qui garantit un refroidissement uniforme de tous les tubes.
Dans l'appareil objet de la pré- sente invention, la surface de chauffe peut être fortement char- gée, car les parties des éléments de circuits constituées par des tubes ascendants sont bien refroidies, même dans les dif- férentes conditions de charge et de fonctionnement, par exemple
<Desc/Clms Page number 6>
en cas de variation de la quantité d'eau qui se trouve dans les éléments de circuit.
Le générateur, objet de la présente invention réunit par conséquent les avantages essentiels des générateurs de va- peur tubulaires à circulation d'eau et des chaudières à tubes d'eau, sans comporter les inconvénients précités de ces catégo- ries de chaudières. Par rapport aux générateurs de va.peur à circulation d'eau, il se distingue principalement par sa moin- dre sensibilité et par une sécurité en service accrue. Il con. vient donc particulièrement pour le chauffage au charbon, et, par suite de son poids plus faible, comme chaudière pour véhi- cules légers, tels que les voitures automotrices et les véhicu- les automobiles, mais il peut également être utilisé avec avan- tage dans les centrales d'énergie comme chaudière de pointe.
Même en cas de charges fortement variables, telles au'elles se produisent par exemple dans les automotrices, on obtient d'une manière certaine un fonctionnement de toute sécurité sans uti- lisation d'organes de réglage compliqués, et on dispose d'une grande latitude pour la quantité d'eau contenue dans la chau- dière la variation de cette quantité d'eau étant limitée d'une part par l'entraînement d'eau indésirable et d'autre part par une surchauffe inadmissible de la vapeur dans les éléments de circuit.
Chacun des éléments ou des groupes d'éléments peut être muni d'un raccord susceptible d'être formé et destiné à l'introduction de l'eau d'alimentation. Si l'on dispose les raccords d'alimentation à l'endroit le plus bas des éléments, on peut également les utiliser pour laisser échapper l'eau, la vapeur ou les boues. Le cas échéant, on peut réunir en une ne conduite commu plusieurs conduites d'évacuation de la vapeur et plusieurs conduites d'alimentation des éléments.
<Desc/Clms Page number 7>
Si la pompe d'alimentation débite directement dans tous les éléments ou dans certains éléments, il faut que le débit de la pompe puisse être réglé suivant la puissance ou le débit de la chaudière, ce qu'on peut obtenir à la main ou d'une manière automatique.
En raison de la moindre sensibilité du générateur objet de l'invention, l'alimentation peut, selon ce qui a. déjà été dit ci-dessus. être en avance ou en retard dans une certai- ne mesure. Même en cas d'arrêt complet de la pompe d'alimenta- tion, les tubes de vaporisa.tion ne sont pas immédiatement en danger.
Cependant, une autre forme d'exécution de la présen- te invention est possible, elle consiste à insérer un réservoir dans la conduite d'alimentation. Ce réservoir est relié aux éléments de circuit qui communiquent entre eux par les tubes d'alimentation qui débouchent dans les tubes descendants, L'a- limentation s'effectue à travers ce réservoir et chaque élément prend dans celui-ci l'eau d'alimentation suivant ses besoins.
Par conséquent, le volume d'eau contenu dans les tubes variera moins vite en cas de variation de l'alimentation ou de la. char- ge. La contenance de la chaudière est ainsi augmentée sans qu'une influence perturbatrice soit exercée sur le système circulatoire. On utilise avec avantage un tel réservoir,, sur lequel on peut fixer un niveau d'eau, dans les grandes chau- dières comportant plusieurs systèmes circulatoires branchés en parallèle. Le niveau de l'eau dans le réservoir peut être soumis à des variations plus fortes, sans danger pour le re- froidissement des différents éléments.
Par oonséquent, avec la chaudière munie de ce dispo- sitif, on peut recueillir brusquement d'une manière connue de plus grandes quantités de vapeur sans qu'il soit nécessaire
<Desc/Clms Page number 8>
d'y adapter immédiatement la. combustion et l'alimentation, puis-
J que les parties supérieures et chauffées des tubes de vaporisa- tion sont encore bien refroidies'lorsque les éléments de circuit' contiennent moins d'eau. D'autre part, dans les chaudières à réservoir, il est possible de ne'procéder à l'alimentation que de temps en temps. Le réservoir peut être également constitué par un élément de chaudière chauffé.
Dans les générateurs de vapeur, selon la présente invention, mais dépourvus de réservoir, on règle de préférence l'alimentation à l'aide de deux dispositifs de mesure de la température. Quand la quantité d'eau contenue dans la chau- dière devient trop faible, la température de la vapeur qui sort des éléments de circuit s'élève. Si on introduit trop d'eau, la température de surchauffe à l'extrémité de sortie du sur- chauffeur baisse. Les deux phénomènes peuvent être utilisés comme impulsions pour le réglage de la combustion et de l'ali- mentation.
Pour une chaudière tubulaire selon l'invention, la séparation de la vapeur d'avec le mélange de vapeur et de li- quide est d'importance capitale. En conséquence, la présente invention comprend également des dispositifs séparateurs avan- tageux, qui conviennent non seulement pour cette application particulière, mais d'une manière générale pour séparer un gaz ou une vapeur d'avec un mélange de gaz ou de vapeur et d'un liquide circulant dans un tube.
La séparation de la vapeur d'avec le mélange de va- peur et de liquide produit dans des tubes de vaporisation s'ef- fectue ordinairement jusqu'à présent dans un collecteur de va- peur et de liquide, dans lequel les tubes de vaporisation dé- bouchent par leurs extrémités supérieures. Si l'embouchure des tubes de vaporisation se trouve en-dessous du niveau du liquide,
<Desc/Clms Page number 9>
la vapeur est obligée de passer au travers de la couche de liquide qui la surmonte.
Elle entraxe par conséquent une certaine quantité de liquide. Diais même lorsque les tubes de vaporisation débouchent dans la chambre de vapeur du col- lecteur, la vapeur contient encore une grande quantité de li- quide, parce que, dans le mélange refoulé, la vapeur et le li- quide tourbillonnent et que la séparation des bulles de vapeur et des particules de liquide doit se faire brusquement. Pour obtenir de la vapeur sèche, on a monté pour cette raison des séparateurs ou sécheurs spéciaux de vapeur qui provoquent une séparation de la. vapeur d'avec le liquide par un effet de choc, par la force centrifuge ou par un changement brusque de direction. Dans tous ces cas, on a l'inconvénient que l'éner- gie cinétique que le mélange de vapeur et de liquide possède à l'extrémité supérieure du tube de vaporisation est détruite.
Ceci constitue un inconvénient lorsque le liquide plus ou moins débarrassé de la vapeur continue de circuler par exemple lors- qu'il est dirigé à travers des tubes descendants vers des tubes de vaporisation, parce que cette circulation est interrompue et que le volume de liquide doit être accéléré à nouveau.
Par différence avec cette disposition la présente invention consiste en ce que sur une longueur suffisamment gran- de du circuit contenant le mélange sont prévus des circuits d'évacuation allant vers un tube ou un réservoir branché sur le tube contenant le mélange, de telle sorte que, sur cette longueur, le gaz ou la vapeur peut se séparer librement du liquide qui continue de circuler dans le tube à mélange, tan- dis que le gaz ou la'vapeur s'écoule vers le tube ou le ré- servoir. Dans le circuit du mélange n'a donc été inséré aucun réservoir de séparation, et le tube parcouru par le mélange ne passe non plus au travers d'un réservoir.
Par différence
<Desc/Clms Page number 10>
avec les phénomènes qui se produisent dansjles tambours sépa- rateurs de vapeur et dans les sécheurs dé-vapeurs connus, la séparation de la vapeur et de l'eau n'est pas obtenue par l'ax- rêt et par l'interruption de la circulation du liquide, avec utilisetion le cas échéant d'un effet de choc ou d'un change- ment brusque de direction, il existe au contraire un circuit d'une longueur suffisante pour la. séparation de la vapeur d'avec le liquide et par conséquent un intervalle de temps suffisant pour que la vapeur puisse librement sortir du liquide qui con- tinue de circuler sans entrave.
La séparation du gaz ou de la vapeur d'avec le mélan- ge qui circule s'effectue de préférence à la sortie d'un tube ascendant, dans une section de tube qui est soit horizontale, soit faiblement ascendante ou descendante. Dans cette section, on branche par exemple sur le tube du mélange un tube d'évacua- tion dans lequel débouchent des trous ou des fentes prévus dans la paroi supérieure du tube du mélange. Au lieu de faire débou- cher dans un tube d'évacuation les trous prévus dans la paroi supérieure du tube de mélange, on peut également les faire dé- boucher dans un réservoir raccordé.
Selon la présente invention, on peut séparer d'un mélange circulant dans un tube courbé un gaz ou une vapeur du côté intérieur du tube courbé, parce que le liquide se porte par suite de la force centrifuge vers la moitié extérieure du tube courbé. Il est déjà connu d'évacuer par le côté intérieur d'un coude la vapeur contenue dans un mélange de vapeur et de liquide qui passe dans un tube courbé. A cet effet, on a in- troduit dans le tube courbé, par le côté extérieur du coude, une tubulure qui est munie d'un petit orifice d'entrée pour la vapeur près de la paroi intérieure du coude et du côté qui n'est pas tourné vers le courant. De cette façon, on ne peut
<Desc/Clms Page number 11>
pas obtenir une séparation appréciable de la vapeur d'avec le liquide qui circule.
Pa,r différence avec cette disposi- tion, on obtient une séparation aussi complète que pos- sible de la vapeur en branchant selon la présente invention le lng du coté intérieur du tube coudé et par son côté long un tube d'évacuation dans lequel débouchent sur une longueur suffisante des orifices prévus sur la paroi in- térieure du coude.
Une autre forme d'exécution de la présente inven- tion consiste en ce que le tube dans lequel circule le mélange bifurque à partir d'une section élargie dans laquelle le gaz ou la vapeur se sépare du liquide de telle sorte que le gaz ou la vapeur soit dirigé dans l'une des branohes et le liquide dans l'autre branche du tube bifurqué.
La description qui va suivre en regard des dessins annés donnés à titre d'exemple, fera bien compren- dre comment l'invention peut être réalisée.
La figure I est une représentation simplifiée d'un élément de circuit.
La figure 2 représente, à plus grande échelle et à titre d'exemple d'exécution, la coupe de la partie supé- rieure de l'élément de circuit avec le dispositif d'évacua- tion de la vapeur.
La figure 3 représente schématiquement une forme d'exécution d'un groupe d'éléments de circuits disposés en série et formant un serpentin à axe horizontal,
La figure 4.montre une forme d'exécution des éléments de circuit alimentés à partir d'un réservoir.
La figure 5- est une coupe verticale d'une forme de réalisation du générateur de vapeur objet de l'invention.
La figure 6 est une vue en plan partielle corres.. pondante.
<Desc/Clms Page number 12>
Les figures 7,8 et 9 représentent respectivement en coupe verticale trois autres formes d'exécution du généra-. teur de vapeur objet de l'invention
La figure 10 est une coupe verticale d'une forme de réalisation différente.
La figure 11 est une vue en plan partielle corres- pondante.
Les figures 12 à 17 représentent différentes formes d'exécution du dispositif séparateur selon la présente in- vention, vu en partie en élévation et partie en coupe lon- gitudinale.
La figure 18 est une coupe transversale suivant 18-18 de la figure 17.
Dans les éléments de circuit représentés sur les figures 1 à 4 le tube ascendant chauffé par les flammes est désigné par 1 et le tube descendant non chauffé ou fai- blement chauffé par 2. Dans la partie supérieure de l'élément de circuit, la. jonction du tube ascendant et du tube descen- dant est exécutée par un coude à grand rayon et à la partie inférieure par des coudes à plus faible rayon, mais partout sans changement brusques de direction, de telle sorte qu'il se forme un élément de circuit qui suit un chemin fermé dépourvu d'éléments perturbateurs. L'eau est introduite dans le tube descendant 2 par une conduite 3 et dans le sens de circula- tion qui règne dans le tube.
La vapeur produite dans la partie ascendante du tube est évacuée à l'extrémité supérieure de l'élément de circuit, c'est-à-dire à l'endroit du passage du tube ascendant au tube descendant. A cet effet, il a été prévu dans la partie de tube de jonction 4 des trous ou des fentes 5 qui débouchent dans un tube d'évacuation 6 monté sur la pièce 4. De cette façon, on dispose pour la séparation de la vapeur d'avec le mélange circulant de vapeur et d'eau d'un chemin d'une longueur telle qu'il est possible
<Desc/Clms Page number 13>
de séparer la vapeur d'avec le mélange circulant de vapeur et d'eau, sans réduire sensiblement la vitesse de l'eau contenue dans le mélange.
Entre le tube 6 et le tube des- cendant 2 est encore prévu un tube de jonction 7 par lequel l'eau de condensation éventuelle ou l'eau entraînée par la vapeur peut s'écouler dans le tube descendant.
Quand la transmission de chaleur par unité de sur- face est très élevée sur les surfaces de chauffe, il peut arriver que l'eau circulante entratne encore une partie de la vapeur dans une partie du tube 4 située au-delà de l'en- droit où se fait la séparation. Pour que cette vapeur entrai- née puisse revenir vers l'endroit de la séparation sans rédui- re la vitesse de l'eau qui continue de circuler, la partie de tube de l'élément de circuit située après l'emplacement de la séparation est avantageusement munie, d'un plus grand diamètre intérieur dans les chaudières de ce genre à forte transmission de chaleur.
Dans l'exemple d'exécution de la figure 3, trois éléments de circuit constitués chacun pa.r un tube ascendant et un tube descendant ont été réunis en un groupe fermé sur lui-même. Le premier tube ascendant est relié au tube descendant 2 suivant, ce dernier au second tube ascendant, ce dernier au tube descendant suivant, ce dernier au troisiè- me tube ascendant et ce dernier au troisième tube descendant qui revient au-premier tube ascendant. L'alimentation est assurée par la conduite 3 qui débouche uniquement dans le premier tube descendant 2 qui débouche lui-même dans le premier tube ascendant 1. Par contre, la vapeur est recueil.. lie à la partie supérieure de chacun des éléments de circuit, composés d'un tube ascendant et d'un tube descendant, par un tube d'évacuation 6.
Mais on peut aussi alimenter chacun des tubes descendants d'un groupe,
<Desc/Clms Page number 14>
La figure 4 représente des éléments de circuit avec un réservoir 8 inséré dans la conduite d'alimentation.
Le niveau de l'eau dans ce réservoir est situé plus bas que le point où l'on recueille la vapeur et plus bas également que les points chauffés les plus élevés des tubes ascendants 1 des éléments de circuit. De la partie inférieure du réservoir, des conduits d'alimentation 9 vont aux tubes descendants 2 des éléments de circuit dont les tubes 6 d'évacuation de la vapeur débouchent dans la partie supérieure du réservoir.
L'eau d'alimentation du réservoir 8 qui s'écoule sur un réchauffeur à ruissellement 10 est réchauffé par la vapeur.
12 désigne la conduite d'alimentation et 13 la conduite de vapeur allant au point de consommation. Naturellement, il n'est pas nécessaire de ramener jusqu'au réservoir tous les tubes d'évacuation de la vapeur des éléments de circuit. Il faut seulement qu'il puisse se produire un échange de pression entre le réservoir et les éléments de circuit. A cet effet, il suffit également d'un tube de jonction entre la conduite de vapeur des éléments de circuit et la partie supérieure du réservoir.
Dans les figures 5 et 6, les tubes ascendants des éléments de circuit sont disposés tout près les uns des autres et constituent l'enveloppe de la chambre de combustion 15. Les éléments de circuit sont branchés en série d'une manière continue, comme il a été décrit ci-dessus au sujet de la figure 3 pour un groupe composé de trois éléments.
Ces éléments constituent un serpentin an cercle fermé sur lui-même. L'alimentation est assurée dans un tube descen- dant sur trois et dans le sens de circulation qui règne dans ce tube. L'eau d'alimentation est introduite dans un anneau 1@ d'où des tubes d'alimentation 17 conduisent vers
<Desc/Clms Page number 15>
les tubes descendants 2 correspondants. La vapeur produite dans les tubes ascendants est extraite dans la partie supé" rieure de chaque élément de circuit et dirigée par des tubes d'évacuation 18 vers un anneau collecteur 19. De l'anneau 19, la vapeur passe par une conduite 20 dans un surchauffeur 21 qui est disposé dans un carneau 22 qui fait suite à la chambre de combustion.
Dans le carneau 22, et au-dessus du surchauffeur 21, se trouve un réchauffeur 23 pour l'eau d'alimentation qu'une conduite 24 relie à l'anneau 16.
Sur la figure 7, le réchauffeur d'eau d'alimentation est désigné par 25. Il est constitué sous la forme d'un réchauffeur à vaporisation. Les tubes qui évacuent le mélange de vapeur et d'eau du réchauffeur 25 sont désignés par 26. Dans ces tubes, la vapeur est séparée de l'eau et elle est évacuée par les tubes 27 vers les tubes a.scen- dants 1 des éléments de circuit. Après la dérivation, les tubes 28 qui font suite au tube 26 contiennent de l'eau débarrassée de la vapeur et qui est dirigée vers la partie descendante 29 de l'élément de circuit dans le sens de circulation qui y règne. Les éléments de circuit peuvent être disposés par exemple en un cercle, comme sur les figures 5 et 6, ou encore sur les deux côtés d'une chambre de combustion rectangulaire.
Dans chaque élément de circuit, la vapeur qui y a été produite est évacuée vers un collec- teur de vapeur 30.
Le mélange de vapeur' et d'eau qui sort du ré- chauffeur à vaporisation pourrait aussi être introduit sans séparation préalable de la vapeur dans les tubes ascendants des éléments de circuit. On obtiendrait par ce moyen également déjà une amélioration de la circulation.
<Desc/Clms Page number 16>
Mais on peut aussi constituer une pairie du système de va- porisation, par exemple, un groupe d'éléments séparé des autres groupes, de façon que dans cette partie on puisse maintenir une pression plus élevée que dans les autres par- ties. La vapeur à pression plue-'élevée produite de cette façon est dirigée vers le tubé ascendant de certains ou de tous les éléments de circuit afin de'renforcer la cir- cul ati on.
Sur la figure 8, l'enveloppe qui entoure la chambre de combustion est formée par un serpentin enroulé à la façon d'une vis à six filets, Les différents serpen- tins de cette enveloppe sont désignés par 31 à 36. Chacun de ces six serpentins est réuni selon la présente invention à un tube descendant non chauffé, pour constituer un élément de circuit, par exemple le serpentin 31 est réuni au tube descendant 37. La spire la plus haute du serpentin passe donc sans changement brusque de direction dans le tube des. cendant 37 et celui-ci est recourbé à son extrémité infé- rieure de façon à passer aans changement brusque de direction dans l'extrémité inférieure d'entrée du serpentin 31, De cette façon, chaque serpentin constitue le tube ascen. dant d'un élément de circuit.
La vapeur produite dans ce tube ascendant est évacuée à l'extrémité supérieure de l'élément de circuit, c'est-à-dire à l'endroit où se pro- duit la jonction entre le tube ascendant et le tube descendant.
38 désigne le tube d'évacuation de la vapeur de l'élément de circuit dont fait partie le tube ascendant 31. Sur les tubes d'évacuation de la vapeur des six éléments de circuit se raccordent des tubes dans lesquels se produit la surchauf. fe de la vapeur. Le tube de surchauffe qui se raccordesur le tube 38 est désigné par 39. Le surchauffeur 40 formé par les spires de ces tubes est disposé, dans l'exemple d'exécu-
<Desc/Clms Page number 17>
tion représenté, dans un carneau 41 qui fait suite à la chambre de combustion. La vapeur extraite des éléments de circuit du système générateur de vapeur s'écoule dono directement vers le réchauffeur,
Sur les figures 9 et 10, des éléments de circuit exposés à un chauffage d'une intensité différente -suivant les éléments ont été branchés en série.
Sur la figure 9 on a utilisé pour tous les tubes ascendants des serpentins qui sont de nouveau enroulés en forme de vis à six filets, Les serpentins 44 les plus fortement chauffés forment l'enveloppe de la chambre de combustion 43, En arrière des éléments de circuit de ces tubes ascendants les plus forte- ment chauffés ont encore été montés deux éléments de circuit dont les tubes ascendants 45 et 46 sont à une certaine distance des tubes 44 et concentriques à ces derniers.
Les tubes 44 des premiers éléments de circuit sont reliés des tubes descendants 47 qui conduisent à des tubes ascen - dants 45 des seconds éléments de circuit, Ces derniers sont reliés à des tubes descendants 48 reliée à des tubes ascendants 46 des éléments de circuit de troisième rang et ces derniers sont reliés à des tubes descendants 49 qui .reviennent aux tubes ascendants 44 des premiers éléments de circuit, Pour plus de clarté, les tubes descendants 47, 48 et 49 n'ont été représentés que par de simples lignes, quoiqu'il faille également prévoir six tubes descendants selon les six tubes ascendants,
Toutefois il' est possible de réaliser une forme d'exécution dans laquelle il existe pour chacun des groupes de tubes ascendants''un tube descendant commun dans lequel les six tubes ascendants débouchent à la partie supérieure et qui est de nouveau divisé à sa partie inférieure en six
<Desc/Clms Page number 18>
ubes de jonction. Dans cette dernière forme d'exécution, la quantité d'eau qui passe de chacun des tubes ascendants dans le tube'descendait est de nouveau distribuée par le tube descendant entre tous les tubes-ascendants, de telle sorte qu'il se produit un certain équilibrage entre les conditions de circulation des différents tubes ascendants.
La vapeur produite dans les différents éléments de circuit est évacuée à la partie supérieure de chaque élément comme l'indiquent les flèches 50,15 et 52. L'alimentation ne se fait que dans les éléments les plus fortement chauffés et de préférence dans les tubes descendants 49 qui retournent vers les tubes ascendants 44, ce qui produit le refroidisse- ment efficace des tubes les plus fortement chauffés, exposé au début de cette description. Cette alimentation des éléments est indiquée en 53. Les gaz de chauffage passent à l'extrémité supérieure de la chambre de combustion 43 en-dessous d'un pla- fond 54 puis dans un carneau 55 et de ce dernier, et à son ex- trémité inférieure, dans un carneau 56 qui est en communica- tion à son extrémité supérieure avec un carneau d'évacuation des fumées 57.
On voit que les tubes ascendants 44 des premiers élé- ments qui forment l'enveloppe de la chambre de combustion sont les plus fortement chauffés, et que les tubes ascendants 45 des seconds éléments qui forment une enveloppe séparant les carneaux 55 et 56 sont plus faiblement chauffés, et enfin que les tubes ascendante 46 situés à l'extérieur et appartenant aux éléments de troisième rang sont chauffés encore moins re- lativement par les gaz de la combustion déjà refroidis.
Si les serpentins disposés concentriquement et formant les tubes ascendants des éléments sont enroulés avec des spires en nombres égaux, dans les serpentins qui se suivent la. pente diminue de'l'intérieur vers l'extérieur en fonction du diamètre croissant, et la. longueur d'une spire augmente. Par conséquent, dans les serpentins exté-
<Desc/Clms Page number 19>
rieurs, la résistance à la circulation est plus grande.
Afin de combattre cet effet et d'obtenir une résistance sensiblement égale dans les serpentins concentriques, on peut donner aux serpentins de plus grand diamètre un plus grand nombre de spires, c'est-à-dire monter après le ser- pentin à six filets par exemple trois serpentins à 8 filets et après ce dernier un serpentin à dix filets. En conséquen- ce, le tube decendant qui relie l'un des serpentins au suivant, doit être divisé son. extrémité inférieure en autant de tubes de raccordement que le serpentin suivant comporte de filets.
Dans l'exemple d'exécution des figures 10 et II, il a de nouveau été prévu trois groupes de tubes ascendants chauffés d'une manière inégale, qui sont réunis par leurs tubes descendants pour constituer des éléments de circuit.
Les tubes ascendants sont disposés de telle sorte autour d'une chambre de combustion 60 que les gaz de chauffage qui vont de bas en haut dans la chambre de combustion passent au travers des rangées de tubes formées par les tubes ascen- dants. Les tubes ascendants 61 les plus voisins de l'axe de la chambre de combustion sont le plus fortement chauffés, les tubes ascendants 62 qui sont un peu en retrait sont chauffés moins fortement et les tubes ascendants 63 les plus reculés sont chauffés le moins fortement. Les tubes descen- dants correspondant reliés à leur extrémité inférieure aux tubes ascendants 61, 62 et 63 sont désignés par 64, 65, 66.
Tous les tubes ascendants et descendants sont bran- chés en série de la manière représentée sur la figure 11, de telle sorte qu'ils forment un serpentin continu. L'ali- mentation s'effectu dans les tubes descendants 64 qui vont aux tubes ascendants 61 les plus fortement chauffés, de
<Desc/Clms Page number 20>
sorte que ceux-ci reçoivent la quantité d'eau la plus grande, conformément à la description précédente. Dans chacun des éléments de circuit formés par un tube ascendant et un tube descendant, la vapeur est extraite du circuit d'eau à la partie supérieure de l'élément et est évacuée. Un tel tube d'évacuation de la vapeur est désigné par 67 sur la figure 10 et la conduite d'alimentation branohée sur le tube descend dant 64 par 68.
Les éléments de circuit 61, 64 sont un peu plus hauts que les éléments 62, 65 et ces derniers sont à leur tour un peu plus haut que les éléments 63, 66, Le sommet du circuit est donc situé plus haut dans l'élément plus forte- ment chauffé que dans l'élément suivant qui est moins forte- ment chauffé, et dans lequel il faut soulever d'une hauteur un peu moindre le mélange de vapeur et d'eau. On tient compte par ce moyen de ce que la forue ascensionnelle est maximum dans les tubes ascendants les plus fortement chauffés.
Une forme d'exécution du dispositif pour la sépa- ration de la vapeur d'avec le mélange de vapeur et de liquide qui se forme dans les tubes ascendants de l'appareil de la présente invention a été décrite ci-dessus à l'aide de la figure 2. Dans la forme d'exécution de la figure 12, l'é- lément de tube 69 dans lequel se produit la séparation de la vapeur ou du gaz d'avec le mélange qui circule est horizontal.
Pour favoriser la séparation du gaz ou de la vapeur, la sec- tion de l'élément du tube 69 est augmentée par rapport à la section du tube 70 et à celle du tube 72. Par le tube 70 arrive le mélange , par exemple l'huile chauffée qui contient des constituants volatils:', par le tube 72 l'huile débarras- sée des constituants volatils- continue son circuit en allant vers un réchauffeur consécutif dans lequel on sépare les constituants bouillantsmoins facilement. Les constituants
<Desc/Clms Page number 21>
volatiles évacués sur la longueur a- dans la section de tube 69 passent par des orifices 73 de la paroi supérieure du tube dans un tube d'évacuation 74.
Les différents orifices, à travers lesquels la vapeur séparée du liquide qui circule passent du tube à mélange dans le tube d'évacuation, peuvent aussi être rempla- cés par une fente continue dans la paroi supérieure du tube du mélange. Dans certaines circonstances, on élargit la section d'une portion du tube du mélange de façon que la vapeur puisse se séparer librement sur une longueur suffi- sante d'avec le liquide qui circule. Un exemple d'exécution de ce genre est représenté sur la figure 13. L'élément tube dont la section est plus grande que la section du tube d'ar- rivée 70 et du tube 72 recevant le liquide est désigné par 71.
Sur la longueur a, la vapeur peut se séparer librement d'avec le mélange qui circule, en gagnant la chambre ou l'espace qui se trouve à la partie supérieure de la section 71 du tube et peut s'écouler de cet espace vers le tube d'évacu- ation 75.
Sur la figure 14, la séparation du gaz ou de la vapeur d'avec le mélange s'effectue sur la longueur a d'un élément de tube 77 qui se raccorde sur le tube d'alimenta- tion 76 et dont la section augmente progressivement. A l'extrémité du trajet de séparation, le tube 77 se sépare en un tube 78 et en un tube 79. Le liquide pénètre sans changement de direction nuisible dans le tube 78 et, par le tube 79, on évacue les constituants volatils séparés.
Dans la forme d'exécution de la figure 15, la sépa- ration du gaz ou de la vapeur d'avec le mélange s'effectue également sur le trajet a d'un élément de tube 77' à section élargie et raccordé sur le tube d'alimentation 76. L'élément
<Desc/Clms Page number 22>
77' passe à l'extrémité du trajat de séparation dans le tube 78 dans lequel l'eau contint son mouvement de circula- tion sans changement de direction nuisible. Les constituants volatile- séparés dans la portion de tube 77' sont évacués par le tube 79' qui est dérivé dans le sens rétrograde sur l'élément 77'.
Tandis que, dans les exemples d'exécution décrits, on a supposé que les constituants volatils sortent librement vers le haut en sortant du mélange qui circule, et que le liquide continue de circuler dans la partie inférieure du tube, la figure 16 représente un exemple d'exécution de l'ob- jet de le. présente invention dans lequel la séparation des constituants volatils d'avec le mélange qui circule dans un tube cintré s'effectue vers le coté intérieur du tube courbe.
Le tube courbé suivant un cercle, par exemple la spire du tube d'un générateur de vapeur à serpentin est désigné par 80.
Sous l'action de la force centrifuge, le-liquide est refoulé vers l'extérieur du tube, tandis que la vapeur s'accumule du côté intérieur du tube. La séparation s'effectue sur une longueur a. En cet endroit, on a branché dans le sens longitudinal sur le tube 80 un tube d'évacuation 81 dans lequel débouchent des trous 82 prévus sur la paroi intérieure du tube courbé 80,
Les figures 17 et 18 montrent un exemple d'exécution dans lequel la vapeur est séparée d'avec le liquide qui passe dans un tube en étant dirigée vers un réservoir raccordé par son côté long. Dans l'exemple d'exécution représenté sur le dessin, deux tubes à mélange sont reliés à un réservoir commun 83. Les endroits où se produit la séparation sont exécutés de la même façon, de sorte qu'il suffit de décrire l'un d'eux.
Le tube ascendant 84 se prolonge à son
<Desc/Clms Page number 23>
<Desc / Clms Page number 1>
Tubular pressure generator.
International Convention: German patent applications Sch.
104.876 X / 13 g of August 6 and Sch. 105.507 X / 13 d of November 2
1934.
Tubular steam generators in which only the feed water vaporized during passage through the tube and withdrawn at the end in the form of steam is introduced into the vaporization tubes, contain no that little water in their part heated by the flames. They can therefore be quickly brought to normal operating temperature and they have the advantage of being inexplosive.
<Desc / Clms Page number 2>
Their operation, however, depends to a large extent on the correct operation of the feed device and a rapid adjustment of the focus. If the feeder stops working, the surface of the tube wall heated by the fireplace cools down. The cooling which occurs in service and which is caused by the circulation of the mixture of steam and water and by the steam, ceases immediately.
Tubular steam generators are also known which contain, in addition to the quantity of water continuously introduced and vaporized during passage through the tubes, an additional quantity of water, of such so that the vaporization tubes emerge in a drum or collector a mixture of steam and water, and that in the collector takes place the separation of the steam from the excess water. The water flows through down tubes to a lower manifold from which the vaporization tubes leave and into which the feed water is introduced according to the amount vaporized.
In order to achieve the natural circulation which prevails in the tubes of this tubular steam generator, the inertia of the relatively large quantity of water exerts an unfavorable influence on the side of the down tubes. On the other hand, the production of steam during commissioning requires a relatively long time, because the water heated during passage through the tubes does not immediately return to the vaporization tubes, and this water first meets at the top the water contained in the descending tubes and loses its kinetic energy. while fresh feed water from the lower water tank follows. A relatively large quantity of water must therefore first be brought to the boil.
In order to avoid these drawbacks and to improve natural circulation, the vaporization tubes are continued,
<Desc / Clms Page number 3>
according to the present invention, beyond the point of the separation of the vapor from the water which continues its circuit to the downpipes with which they form circuit elements by means of which the he water contained in the generator and which circulates is divided into circuits independent of each other.
An important advantage of the present invention is that the speed of circulation of the water which continues in its circuit passing from the vaporization tubes to the descending tubes is used for the circulation. As the water raised by the vaporization tubes is always conducted in the rest of its circuit, it can not form in the upper part of the vaporization tubes a column of water which prevents the free evacuation of the va. fear. As a result of the division of the water contained in the generator of the present invention into as many small partial quantities as there are circuit elements, nowhere in the steam generator is there a quantity of. water of great inertia.
The lower the resistance to circulation in each of the circuit elements, the more mobile the small partial quantity of water is. This is why only weak pulsations will occur with weak jolts in the opposite direction which do not interfere with the continuous circulation, so that a good cooling of the vaporization surfaces is certainly obtained. heated by flames, by means of circulating water.
As a result of favorable traffic conditions, the water content, itself low, of a circuit element can in danger be changed within wide limits.
When the water content is large, the vaporization phenomenon is similar to that of a circulating / natural water tube boiler. But related to the heating surface
<Desc / Clms Page number 4>
or the recovery capacity, the. water content is only a fraction of that of normal water tube boilers. For an average capacity in normal operation, vaporization is obtained as in a circulating steam generator with excess feed. The more the water content is reduced, the closer the vaporization phenomenon is to that of a simple circulation generator.
This wide variation of the additional water content of the circuit elements gives a very high operational safety to a tubular steam generator and, moreover, a regularity of the production of steam even when the supply and combustion are very high or low. very slow.
The shape of the circuit elements is chosen in each case so as to provide the lowest resistance to circulation in the tubes. Abrupt changes of direction and sudden variations in section have been avoided so as not to destroy the dynamic force of the mixture of steam and water set in motion.
The various circuit elements formed by ascending and descending parts of the tubes can be independent of each other such that the. The circulation of the different small partial quantities of water takes place in a completely independent manner in each element. This embodiment of the present invention offers the advantage that the circulation is not disturbed by the phenomena which have their seat in the vaporization tubes in which the circula.tion and heating conditions are different. There is therefore no deflection of the water circuit by the suction exerted by other vaporization tubes.
But it is also indicated to connect to a tube
<Desc / Clms Page number 5>
common descendant of isolated groups of vaporizing tubes with similar construction and heating conditions.
It is also possible to assemble in series the elements of a group of vaporization tubes and finally also all the elements of the boiler involved in the circulation, always connecting the rising tube of one of the circuit elements to the falling tube of the next element and the down-pipe from the last element to the riser from the first. In this way, a closed circuit is obtained through the combined elements. The circulation in each of the elements is then no longer independent, it is true, of the circulation which occurs in the other elements.
However, we retain the advantage that the whole of the circulating mass is divided into isolated circuits and that each circuit element contains only a small partial quantity of water, but which varies between wide limits, and that no On the other hand, a quantity of water of a certain importance cannot accumulate in the apparatus which would be opposed by its inertia to the circulation.
In the apparatus, object of the present invention, the water cannot follow an arbitrary path as in boilers with water tubes and collectors, it circulates on the contrary in an automatic and continuous manner either in each one. isolated circuit elements, either in groups of these elements, or even throughout the system of tubes. In this case, the water must always follow a path fixed in advance during construction, which guarantees uniform cooling of all tubes.
In the apparatus which is the subject of the present invention, the heating surface can be highly loaded, since the parts of the circuit elements formed by rising tubes are well cooled, even under the different load and heat conditions. operation, for example
<Desc / Clms Page number 6>
in case of variation of the quantity of water which is in the circuit elements.
The generator, which is the object of the present invention, therefore combines the essential advantages of tubular steam generators with water circulation and of water-tube boilers, without having the aforementioned drawbacks of these categories of boilers. Compared to water-circulating steam generators, it is distinguished mainly by its lower sensitivity and increased safety in service. He con. therefore comes particularly for coal heating, and, owing to its lower weight, as a boiler for light vehicles, such as motor cars and motor vehicles, but it can also be used with advantage in power plants as peak boilers.
Even with highly variable loads, such as occur for example in railcars, safe operation is assuredly achieved without the use of complicated regulators, and a great deal is available. latitude for the quantity of water contained in the boiler, the variation of this quantity of water being limited on the one hand by the entrainment of undesirable water and on the other hand by an inadmissible superheating of the steam in the elements circuit.
Each of the elements or groups of elements can be provided with a connector capable of being formed and intended for the introduction of the feed water. If the supply connections are placed at the lowest point of the elements, they can also be used to release water, steam or sludge. If necessary, it is possible to combine several steam discharge pipes and several element feed pipes into one common pipe.
<Desc / Clms Page number 7>
If the feed pump delivers directly to all the elements or to certain elements, the pump flow rate must be able to be adjusted according to the power or the flow rate of the boiler, which can be obtained by hand or by an automatic way.
Due to the lower sensitivity of the generator object of the invention, the power supply can, depending on what a. already been said above. be early or late to some extent. Even in the event of a complete shutdown of the feed pump, the vaporization tubes are not immediately in danger.
However, another embodiment of the present invention is possible, it consists in inserting a reservoir in the supply line. This tank is connected to the circuit elements which communicate with each other by the supply tubes which open into the descending tubes. The feed is carried out through this tank and each element takes in it the water of food according to his needs.
Consequently, the volume of water contained in the tubes will vary less quickly with a variation in the supply or the. charge. The capacity of the boiler is thus increased without a disturbing influence being exerted on the circulatory system. Such a reservoir is used with advantage, on which a water level can be fixed, in large boilers comprising several circulatory systems connected in parallel. The water level in the tank can be subjected to greater variations, without danger for the cooling of the various elements.
Consequently, with the boiler fitted with this device, it is possible to suddenly collect in a known manner larger quantities of steam without the need for
<Desc / Clms Page number 8>
immediately adapt the. combustion and feeding, then
J that the upper and heated parts of the vaporization tubes are still well cooled 'when the circuit elements' contain less water. On the other hand, in tank boilers, it is possible to make the supply only from time to time. The tank can also be formed by a heated boiler element.
In steam generators, according to the present invention, but without a reservoir, the supply is preferably adjusted using two temperature measuring devices. When the quantity of water contained in the boiler becomes too low, the temperature of the steam leaving the circuit elements rises. If too much water is introduced, the superheat temperature at the outlet end of the superheater drops. Both phenomena can be used as impulses for the control of combustion and feed.
For a tubular boiler according to the invention, the separation of the steam from the mixture of steam and liquid is of paramount importance. Accordingly, the present invention also includes advantageous separator devices, which are suitable not only for this particular application, but generally for separating gas or vapor from a mixture of gas or vapor and gas. a liquid flowing through a tube.
The separation of the vapor from the mixture of vapor and liquid produced in vaporization tubes has heretofore usually taken place in a vapor and liquid collector, in which the vaporization tubes open at their upper ends. If the mouth of the spray tubes is below the liquid level,
<Desc / Clms Page number 9>
the vapor is forced to pass through the layer of liquid above it.
It therefore centers a certain amount of liquid. But even when the vaporization tubes open into the vapor chamber of the manifold, the vapor still contains a large quantity of liquid, because, in the discharged mixture, the vapor and the liquid swirl and the separation vapor bubbles and liquid particles should occur suddenly. To obtain dry steam, for this reason, special steam separators or dryers have been installed which cause a separation of the. vapor from the liquid by a shock effect, by centrifugal force or by a sudden change of direction. In all of these cases there is the disadvantage that the kinetic energy which the mixture of vapor and liquid possesses at the upper end of the vaporization tube is destroyed.
This constitutes a drawback when the liquid more or less freed from vapor continues to circulate, for example when it is directed through descending tubes towards vaporization tubes, because this circulation is interrupted and the volume of liquid must be accelerated again.
Unlike this arrangement, the present invention consists in that over a sufficiently large length of the circuit containing the mixture, discharge circuits are provided going to a tube or a reservoir connected to the tube containing the mixture, so that Over this length the gas or vapor can freely separate from the liquid which continues to circulate in the mixing tube, while the gas or vapor flows to the tube or reservoir. No separation tank has therefore been inserted into the mixing circuit, and the tube through which the mixture passes does not pass through a tank either.
By difference
<Desc / Clms Page number 10>
with the phenomena which occur in steam separating drums and in known steam dryers, the separation of steam and water is not obtained by the axis and the interruption of the steam. circulation of the liquid, with the use where appropriate of a shock effect or a sudden change of direction, there is on the contrary a circuit of sufficient length for the. separation of the vapor from the liquid and therefore a sufficient time interval so that the vapor can freely exit from the liquid which continues to circulate unhindered.
The separation of the gas or vapor from the circulating mixture preferably takes place at the outlet of a rising tube, in a section of tube which is either horizontal or slightly rising or falling. In this section, for example, an evacuation tube is connected to the mixture tube into which open holes or slits provided in the upper wall of the mixture tube. Instead of opening the holes in the upper wall of the mixing tube into a discharge tube, they can also be released into a connected tank.
According to the present invention, a gas or vapor on the inner side of the curved tube can be separated from a mixture circulating in a bent tube, because the liquid is carried by centrifugal force towards the outer half of the bent tube. It is already known to evacuate from the inside of a bend the vapor contained in a mixture of vapor and liquid which passes through a curved tube. To this end, a tubing which is provided with a small inlet for the steam near the inner wall of the elbow and on the side which does not have a vapor inlet, has been inserted into the curved tube from the outer side of the elbow. is not turned to the stream. In this way, we cannot
<Desc / Clms Page number 11>
not obtain an appreciable separation of the vapor from the circulating liquid.
Unlike this arrangement, one obtains as complete a separation as possible of the steam by connecting, according to the present invention, the lng to the inner side of the bent tube and by its long side an evacuation tube into which emerge. over a sufficient length of the holes provided on the inside wall of the elbow.
Another embodiment of the present invention is that the tube through which the mixture circulates branches off from an enlarged section in which the gas or vapor separates from the liquid so that the gas or the vapor. vapor is directed in one of the branohes and the liquid in the other branch of the bifurcated tube.
The description which will follow with regard to the annual drawings given by way of example will make it clear how the invention can be implemented.
Figure I is a simplified representation of a circuit element.
FIG. 2 shows, on a larger scale and by way of example of execution, the section of the upper part of the circuit element with the vapor discharge device.
FIG. 3 diagrammatically represents an embodiment of a group of circuit elements arranged in series and forming a coil with a horizontal axis,
Figure 4 shows one embodiment of the circuit elements supplied from a reservoir.
FIG. 5- is a vertical section of an embodiment of the steam generator which is the subject of the invention.
Figure 6 is a corresponding partial plan view.
<Desc / Clms Page number 12>
Figures 7, 8 and 9 respectively show in vertical section three other embodiments of the general. steam generator object of the invention
Figure 10 is a vertical section of a different embodiment.
Figure 11 is a corresponding partial plan view.
FIGS. 12 to 17 represent different embodiments of the separating device according to the present invention, seen partly in elevation and partly in longitudinal section.
Figure 18 is a cross section on 18-18 of Figure 17.
In the circuit elements shown in Figures 1 to 4 the flame-heated riser tube is denoted by 1 and the unheated or weakly heated riser tube 2. In the upper part of the circuit element, la. The junction of the rising tube and the falling tube is made by a bend with a large radius and at the lower part by bends with a smaller radius, but everywhere without abrupt change of direction, so that an element of circuit which follows a closed path devoid of disturbing elements. The water is introduced into the descending tube 2 through a pipe 3 and in the direction of circulation which prevails in the tube.
The vapor produced in the rising part of the tube is discharged at the upper end of the circuit element, that is to say at the place of passage from the rising tube to the falling tube. For this purpose, holes or slots 5 have been provided in the junction tube part 4 which open into an evacuation tube 6 mounted on the part 4. In this way, there are available for the separation of the steam. 'with the circulating mixture of steam and water in a path of such length that it is possible
<Desc / Clms Page number 13>
to separate the steam from the circulating mixture of steam and water, without substantially reducing the speed of the water contained in the mixture.
Between the tube 6 and the descending tube 2, there is also a junction tube 7 through which any condensation water or the water entrained by the steam can flow into the descending tube.
When the heat transfer per unit area is very high on the heating surfaces, it may happen that the circulating water still entrains part of the steam into a part of the tube 4 located beyond the end. right where the separation takes place. So that this entrained vapor can return to the place of separation without reducing the speed of the water which continues to circulate, the tube portion of the circuit element located after the location of the separation is advantageously provided with a larger internal diameter in boilers of this type with high heat transmission.
In the exemplary embodiment of FIG. 3, three circuit elements, each consisting of a rising tube and a falling tube, have been combined into a group closed on itself. The first ascending tube is connected to the next descending tube 2, the latter to the second ascending tube, the latter to the next descending tube, the latter to the third ascending tube and the latter to the third descending tube which returns to the first ascending tube. The supply is ensured by line 3 which opens only into the first descending tube 2 which itself opens into the first ascending tube 1. On the other hand, the vapor is collected .. linked to the upper part of each of the circuit elements , composed of an ascending tube and a descending tube, by an evacuation tube 6.
But we can also feed each of the down tubes of a group,
<Desc / Clms Page number 14>
FIG. 4 shows circuit elements with a reservoir 8 inserted in the supply line.
The water level in this tank is located lower than the point where the vapor is collected and also lower than the highest heated points of the risers 1 of the circuit elements. From the lower part of the tank, supply conduits 9 go to the descending tubes 2 of the circuit elements, the steam discharge tubes 6 of which open into the upper part of the tank.
The feed water from the tank 8 which flows over a trickle heater 10 is heated by the steam.
12 designates the supply line and 13 the steam line going to the point of consumption. Of course, it is not necessary to bring all the vapor discharge tubes of the circuit elements back to the tank. It is only necessary that there can be an exchange of pressure between the tank and the circuit elements. A junction tube between the steam line of the circuit elements and the upper part of the tank is also sufficient for this purpose.
In Figures 5 and 6, the riser tubes of the circuit elements are arranged very close to each other and form the shell of the combustion chamber 15. The circuit elements are connected in series in a continuous fashion, as it is. has been described above with respect to Figure 3 for a group consisting of three elements.
These elements constitute a serpentine in a closed circle on itself. The supply is provided in every third down tube and in the direction of flow prevailing in this tube. The feed water is introduced into a ring 1 @ from which feed tubes 17 lead to
<Desc / Clms Page number 15>
the corresponding down tubes 2. The steam produced in the risers is extracted in the upper part of each circuit element and directed by discharge tubes 18 to a collecting ring 19. From the ring 19, the steam passes through a pipe 20 in a superheater 21 which is arranged in a flue 22 which follows the combustion chamber.
In the flue 22, and above the superheater 21, there is a heater 23 for the feed water that a pipe 24 connects to the ring 16.
In Fig. 7, the feed water heater is designated 25. It is constructed as a vaporization heater. The tubes which discharge the mixture of steam and water from the heater 25 are designated 26. In these tubes the steam is separated from the water and is discharged through the tubes 27 to the downstream tubes 1 of the tubes. circuit elements. After the bypass, the tubes 28 which follow the tube 26 contain water freed from steam and which is directed towards the descending part 29 of the circuit element in the direction of circulation therein. The circuit elements can be arranged for example in a circle, as in Figures 5 and 6, or else on both sides of a rectangular combustion chamber.
In each circuit element, the steam produced there is discharged to a steam collector 30.
The mixture of steam and water which leaves the vaporization heater could also be introduced without prior separation of the steam into the riser tubes of the circuit elements. By this means also an improvement of the circulation would be obtained.
<Desc / Clms Page number 16>
But it is also possible to constitute a peerage of the vaporization system, for example, a group of elements separated from the other groups, so that in this part a higher pressure can be maintained than in the other parts. The higher-pressure steam produced in this way is directed to the riser casing of some or all of the circuit elements in order to strengthen the circulation.
In FIG. 8, the envelope which surrounds the combustion chamber is formed by a coil wound in the manner of a six-thread screw. The various coils of this envelope are designated by 31 to 36. Each of these six coils is joined according to the present invention to an unheated descending tube, to constitute a circuit element, for example the coil 31 is joined to the descending tube 37. The highest coil of the coil therefore passes without abrupt change of direction in the tube. of. cendant 37 and this is curved at its lower end so as to pass without abrupt change of direction into the lower inlet end of coil 31. In this way each coil constitutes the ascending tube. dant of a circuit element.
The vapor produced in this rising tube is discharged at the upper end of the circuit element, that is to say where the junction between the rising tube and the falling tube occurs.
38 designates the vapor discharge tube of the circuit element of which the riser tube 31 is a part. On the steam discharge tubes of the six circuit elements are connected tubes in which the superheating occurs. fe steam. The superheating tube which is connected to the tube 38 is designated by 39. The superheater 40 formed by the turns of these tubes is arranged, in the example of execution.
<Desc / Clms Page number 17>
tion shown in a flue 41 which follows the combustion chamber. The steam extracted from the circuit elements of the steam generator system therefore flows directly to the heater,
In Figures 9 and 10, circuit elements exposed to heating of a different intensity - following the elements have been connected in series.
In FIG. 9, coils have been used for all the riser tubes which are again wound in the form of a six-thread screw, The most strongly heated coils 44 form the envelope of the combustion chamber 43, Behind the elements of circuit of these most strongly heated risers have also been mounted two circuit elements whose risers 45 and 46 are at a certain distance from the tubes 44 and concentric with the latter.
The tubes 44 of the first circuit elements are connected to the down tubes 47 which lead to the risers 45 of the second circuit elements, the latter are connected to the down tubes 48 connected to the risers 46 of the third circuit elements. row and these are connected to down tubes 49 which return to the risers 44 of the first circuit elements. For clarity, the down tubes 47, 48 and 49 have been shown only as single lines, although it is also necessary to provide six descending tubes according to the six ascending tubes,
However, it is possible to achieve an embodiment in which there is for each of the groups of ascending tubes '' a common descending tube in which the six ascending tubes open out at the upper part and which is again divided at its lower part. in six
<Desc / Clms Page number 18>
junction ubes. In this latter embodiment, the quantity of water which passes from each of the riser tubes into the descending tube is again distributed by the descending tube between all the risers, so that a certain amount occurs. balancing between the circulation conditions of the various risers.
The vapor produced in the various circuit elements is discharged at the top of each element as indicated by arrows 50, 15 and 52. The feed is only made in the most highly heated elements and preferably in the tubes. descendants 49 which return to the riser tubes 44, which produces the efficient cooling of the more heavily heated tubes discussed at the beginning of this description. This supply of the elements is indicated at 53. The heating gases pass to the upper end of the combustion chamber 43 below a ceiling 54 then into a flue 55 and of the latter, and to its ex- lower end, in a flue 56 which is in communication at its upper end with a smoke evacuation flue 57.
It can be seen that the ascending tubes 44 of the first elements which form the envelope of the combustion chamber are the most strongly heated, and that the ascending tubes 45 of the second elements which form an envelope separating the flues 55 and 56 are more weakly heated, and finally that the rising tubes 46 located on the outside and belonging to the third-rank elements are heated even less relatively by the combustion gases already cooled.
If the coils arranged concentrically and forming the ascending tubes of the elements are wound with turns in equal numbers, in the coils which follow each other. slope decreases from the inside to the outside as a function of the increasing diameter, and the. length of a coil increases. Therefore, in the outdoor coils
<Desc / Clms Page number 19>
laughter, the resistance to traffic is greater.
In order to combat this effect and to obtain a substantially equal resistance in the concentric coils, one can give the coils of larger diameter a greater number of turns, that is to say go up after the six-thread coil. for example three coils with 8 threads and after this last one coil with ten threads. Consequently, the descending tube which connects one of the coils to the next, must be divided sound. lower end in as many connecting tubes as the following coil has threads.
In the exemplary embodiment of FIGS. 10 and II, three groups of unevenly heated riser tubes have been provided again, which are joined by their down tubes to form circuit elements.
The risers are arranged around a combustion chamber 60 that the heating gases which flow from bottom to top in the combustion chamber pass through the rows of tubes formed by the risers. The rising tubes 61 closest to the axis of the combustion chamber are heated the most, the rising tubes 62 which are slightly recessed are heated less strongly and the rising tubes 63 furthest back are heated the least strongly. The corresponding down tubes connected at their lower end to the risers 61, 62 and 63 are designated by 64, 65, 66.
All the rising and falling tubes are connected in series as shown in Figure 11, so that they form a continuous coil. The supply is effected in the down tubes 64 which go to the most strongly heated risers 61, from
<Desc / Clms Page number 20>
so that they receive the greatest amount of water, in accordance with the previous description. In each of the circuit elements formed by a rising tube and a falling tube, steam is drawn from the water circuit at the top of the element and is discharged. Such a vapor discharge tube is designated by 67 in FIG. 10 and the supply pipe branhée on the tube descends 64 by 68.
The circuit elements 61, 64 are a little higher than the elements 62, 65 and the latter in turn are a little higher than the elements 63, 66, The top of the circuit is therefore located higher in the element more strongly heated than in the next element which is less strongly heated, and in which the mixture of steam and water must be lifted from a slightly lower height. In this way, account is taken of the fact that the upward flow is maximum in the most strongly heated rising tubes.
An embodiment of the device for separating the vapor from the mixture of vapor and liquid which forms in the risers of the apparatus of the present invention has been described above with the aid of of Figure 2. In the embodiment of Figure 12, the tube member 69 in which the separation of the vapor or gas from the circulating mixture occurs is horizontal.
To promote the separation of gas or vapor, the section of the element of the tube 69 is increased relative to the section of the tube 70 and that of the tube 72. Through the tube 70 the mixture arrives, for example 1. 'heated oil which contains volatile constituents:' through tube 72 the oil freed from volatile constituents continues its circuit by going to a subsequent heater in which the boiling constituents are separated less easily. The components
<Desc / Clms Page number 21>
The volatiles discharged along the length a- in the tube section 69 pass through orifices 73 in the top wall of the tube into a discharge tube 74.
The various orifices, through which the vapor separated from the circulating liquid passes from the mixing tube into the discharge tube, can also be replaced by a continuous slot in the top wall of the mixing tube. In some circumstances, the cross section of a portion of the tube of the mixture is widened so that the vapor can separate freely over a sufficient length from the circulating liquid. An exemplary embodiment of this type is shown in FIG. 13. The tube element, the cross section of which is greater than the cross section of the inlet tube 70 and of the tube 72 receiving the liquid is designated by 71.
Along the length a, the vapor can freely separate from the circulating mixture, gaining the chamber or space which is at the top of section 71 of the tube and can flow from this space to the discharge tube 75.
In FIG. 14, the separation of gas or vapor from the mixture takes place along the length a of a tube element 77 which connects to the supply tube 76 and whose section gradually increases. . At the end of the separation path, tube 77 separates into tube 78 and tube 79. Liquid enters tube 78 without a detrimental change in direction, and through tube 79 the separated volatile constituents are discharged.
In the embodiment of Fig. 15, the separation of gas or vapor from the mixture is also effected on the path a of a tube element 77 'of enlarged section and connected to the tube. power supply 76. The element
<Desc / Clms Page number 22>
77 'passes the end of the separation path into tube 78 in which the water contained its circulating motion without detrimental change in direction. Volatile constituents separated in portion of tube 77 'are discharged through tube 79' which is branched back to member 77 '.
While, in the embodiments described, it has been assumed that the volatile constituents exit freely upwards from the circulating mixture, and that the liquid continues to circulate in the lower part of the tube, figure 16 shows an example. execution of the object of the. The present invention in which the separation of the volatile constituents from the mixture which circulates in a bent tube takes place towards the inner side of the bent tube.
The tube bent in a circle, for example the turn of the tube of a coil steam generator, is designated 80.
Under the action of centrifugal force, liquid is forced out of the tube, while vapor accumulates on the inside of the tube. The separation takes place over a length a. At this point, a discharge tube 81 has been connected in the longitudinal direction to the tube 80 into which open holes 82 provided on the inner wall of the curved tube 80,
Figures 17 and 18 show an exemplary embodiment in which the vapor is separated from the liquid which passes through a tube by being directed towards a reservoir connected by its long side. In the exemplary embodiment shown in the drawing, two mixing tubes are connected to a common reservoir 83. The places where the separation occurs are executed in the same way, so that it suffices to describe one of them. 'them.
The riser tube 84 extends to its
<Desc / Clms Page number 23>