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Perfectionnements apportés aux générateurs de vapeur pour cycle à réchauffage.
La présente invention a trait de façon générale aux générateurs de vapeur et elle se réfère plus particulièrement à ceux de grande puissance, fonctionnant à température et pression élevées, tels qu'on les utilise dans les entreprises publiques.
L'invention vise un générateur de vapeur utilisant ce qu'il est convenu d'appeler des foyers jumelés ou séparés, qu'on fait fonctionner de façon indépendante, mais dont les surfaces d'échan- ge de chaleur sont associées, tandis que leurs surfaces de vaporaissation sont elles-mêmes en liaison avec un corps commun d'eau et de vapeur de manière à constituer une unité de vaporisation ou chaudière susceptible d'alimenter un tubo-génératuer unique.
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L'un des foyers peut être appelé foyer de réchauffage, étant donné c.ue tout le processus de réchauffage de vapeur de la chaudière y est effectué, et l'autre foyer peut de son côté être appelé foyer de surchauffe du fait qu'il renferme toute la surface d'échange de chaleur par rayonnement servant à cette surchauffe. Les surfaces d'échange de réchauffage et de surchauffe, ou en d'autres termes les tubes correspondants, sont disposée de façon à réduire au minimum les nécessités de tuyauteries de liaisons çui ne font que conduire la vapeur à réchauffer ou a surchauf- fer d'un élément à l'autre dans les échangeurs correspondants, ou d'un tel élément à la turbine.
Les foyers sont allongésdans le sens vertical et ils sont disposés côte côte à un écartèrent relativement faible; chacun d'eux est alimenté dans le bas et les gaz de combustion s'échappoent par une ouverture appropriée prévue dans la partie haute de la paroi arrière. De cette ouverture part un carneau de gaz agencé à la façon classique de manière à s'avancer horizontalement sur une faible distance, puis à descendre verticalement parallèlement au foyer considéré. Dans l'extrémité supérieure de ces carneaux de gaz est disposé un échangeur de surchauffe à convexion qui reçoit du corps à eau et à vapeur précité la vapeur produite dans la partie de vaporisation du générateur.
Cet échangeur à convexion prévu dans chaque carneau communique avec un échangeur à rayonnement disposé sur les diverses parois du foyer de surchauffe.
L'agencementg est tel que la vapeur provenant de 1'échangeur à convexion pénètre dans l'échangeur à rayonnement à l'extrémité supérieure de la chaudière, traverse cet échangeur d'une façon particulière en parcourant plusieurs fois toute la longueur de la dite chaudière, et est enfin recueillie dans ur. collecteur de sortie extérieur approprié situé dans la partie basse du foyer, 3'ou elle est amenée à une turbine qui, bien entendu, est également disposée du voisinage de la dite partie basse de l'appareil, . la façon habituelle.
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Le foyer de réchauffage comporte sur plusieurs de s es parois ne garniture de tubes de réchauffage à rayonnement. La valeur
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T. réchauffer est reçue dans un collecteur approprié prévu dan? la partie basse du foyer et qui communique avec l'ert=-éxit<F infé- rieure de plusieurs des tubes précités. Cette vapeur refonte dans ces tubes, puis redescend dans d'autres tubes pour être recueillie dans un collecteur de sortie également disposa au bas du foyer de réchauffage.
Chaque foyer est chauffé par le moyen de brûleurs agences horizontalement et qui projettent le combustible à travers la
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-proi avant du foyer. Il est prévu un certain nombre à>4crans ce tubes: vadorisation., ces crans, dispos--,-- verticalement à une certaine distance les uns des autres dans le sens norisontalj s"±tendant sur une faible longueur 1= partir de la paroi avant en direction de l'intérieur du foyer et divisant celui-ci en plusieurs chambres, tandis que les brûleurs sont agencés de .manière à insuffler horizontalement du combustible et de l'air dans les cites chasbres.
Chacun des deux foyers fonctionne de façon indéDer-dante, et il comporte un fond en forme de trémie, constitué en inclinant 1'une vers l'autre la partie inférieure des parois latérales du foyer considéré, parois qui sont elles-mêmes garnies de tubes ne faisant pas partie de la section finale du surchauffeur ou du réchauffeur, de manière que leur température ne soit pas trop élevée et ne crée pas de difficulté du fait de la fondation de mâchefers.
La présente invention vise par conséquent à permettre d'établir un générateur de vapeur opérant suivant le cycle à réchaud. fage, comportant des foyers séparés, dans lequel les surfaces de chauffage de vapeur (sur-face de réchauffage et surface de sur- chauffe) osnt agencées d'une faocn appropriée et efficace e ma- nière à réduire au minimum les tuyauteries de liaison, tandis çue
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simultanément la disposition générale des dites surfaces de chauffe
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aboutit à. un fonctionnement parfait du générateur.
Le générateur de vapeur suivant l'invention, propre à
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fonctioy:r..C7 diaprés le cycle p r,chnuLLage, cr;prend e?sentielleicent deux foyers verticaux disposésune certaine distance l'un de l'autre, dont l'un constitue foyer de réchauffage et 1'autre foyer de surchauffe, chacun de ces foyers comportant dans sa partie
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haute une ouverture d'0vacuation des gaz due combustion; des tubes de vaporisation tapissant certair:"iS' des ;Ji,ràois ;-'.:: css fcyersj un corps Ài'ec1= et de vapeur avec lequel communiquent les tubes :r.-;ci t,s; un cerneau partant de l'ouverture C 1 -vacuation ac gaz ce chaque I'O;,r.r:
des échangeurs {le chaleur disposes dans le dit co.:r.neal1, ces "C:é:r:E'1¯ ' rC conprenant un surchauffeur a ccnvexion agencé de o2r:iÈ;.!'e il recevoir la, vapeur produite dans les tubes de vaporisation :)4c::. tés; et des moyens pour alimenter séparèrent cha- cun des foyers. La face intérieure de certaines des parois du foyer de surchauffe est tapissée de tubes surchauffeurs verticaux @
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allant de l' e::tr&:
ni t8 supérieure à l'extr4nité inférieure du foyer et il est prévu des moyens pour faire descendre le vapeur par certains de ces tubes, puis pour la faire remonter par d'autres, et enfin pour la faire redescendre par un troisième groupe desdits tubes en série en vue de l'amener à un dispositif collecteur
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de vapeur cOmL1uniauant avec l'ex-lu-ré-riité inférieure des tubes de ce troisième groupe.
La vapeur est amenée du surchauffeur à convexion au foyer de surchauffe pour traverser en série les tubes surchauf- feurs précités qui tapissent ce foyer.De son côté -Le foyer de réchauf
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fage comporte des tubes réchauffeurs verticaux s'étenciant sur toute sa hauteur, des dispositifs collecteurs disposés dans le bas pour recevoir la vapeur à réchauffer, cette vapeur s'élevant à travers un certain nombre des dits tubes de réchauffage, dont les extré-
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cités communiquent avec celles des tubes restants pour permettre à la vapeur de redescendre par ces derniers et de parvenir ainsi à un collecteur de sortie prévu dans le bas du foyer.
Chaque foyer
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comporte en outre un certain nombre d'écrans faits de tubes de vaporisation verticaux, ces écrans étant disposes au voisinage de la paroi avant du foyer, dans la zone inférieur de celle-ci et étant orientés en direction de l'intérieur du foyer, tandis ue les brûleurs sont agencés dans la dite zone inférieure de ma- nière à projeter horizontalement le combustible et 1'air dans les espaces délimités par les écrans.
L'invention puira, de toute façon, être bien comprise à 1'aide de la description qui suit ainsi que des dessins ci-anneés lesquels description et dessins sont, bien entendu, donnassurtout a titre d'indication.
Fig. 1 est une coupe verticale du générateur vu par 1'avant cette vue montrant les foyers de surchauffe et de rechauf fage disposés côte à côte et indiquant en traits sixtes remplace- ment des brûleurs et des écrans de vaporisation qui se trouvent normalement en avant du plan de coupe.
Fig. 2 est une coupe verticale du foyer de réchauffage suivant 2-2 de la fig. 1.
Fig. 3 est une coupe semblable du foyer de surchauffe suivant 3-3 (fig.l).
Fig.4 est une vue en plan schématisée pour former diagramme d'écoulement à travers les divers organes du générateur.
Dans ces dessins l'on a utilisé partout les mêmes réfé rences pour désigner les mêmes éléments. La forme d'exécution repré sentée et qui est celle qui semble préférable, comporte un ensemble générateur de vapeur comprenant lui-même deux foyers allongés verti- calement, disposés à une certaine distance l'un de l'autre, l'un de . ces foyers, référencé 10 sur les dessins, étant le foyer de réchauf-. fage, tandis que l'autre, référencé 12, est le foyer de surchauffe.
Les surfaces génératrices de vapeur de l'ensemble comprennent des tubes de vapeur verticaux qui tapissent la paroi avant'14 du foyer 10 et celle 16 du foyer 12, ainsi qu'une partie des parois latéra-
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les de ces deux foyers. Font également partie des surfaces g-Inératrices e vapeur deux rangées tubulaires 52, orientées verticale- -ei.t, qui cl';pas6±!"-:: vers l'intérieur du fo>,e. considéré à la partie , r:sse de celui-ci et olii s'élèvent au voisinage 0e la paroi avnt.
Le circuit de vaporisation de l'ensexble comporte le corps 1 d'eau et de valeur COJr...'1lun aux aeux foyers. De ce corps 4rt un tUL.e de àescente 20 jor,t 1';iitrérzit4 inférieure est relire à la i O::e 22. De lé. (V':;Je partent deux canaiis#tLo,is z=l relises a des collecteurs 26 a l'extrémité inférieure de chacun des foyers 10 et 11.
De chac.ue collecteur partent, en direction du haut, des tu-
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tes g6r:.'rüteurs ce valeur 2ô qui tapissent les )a1'01:. avert 14 et 16 1c>s foyers et cui remontent le long de ce? parois et contre le toit du foyer pour aboutir à un collecteur 30..Les parois latérales 3 et 34 du foyer 10 de même Que celles 36 et 38 du foyer 12 sont
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tapissées d,.ns leur zone antérieure de tubes énrateur de va- peur 39 sur une largeur indiquée en 40 en fig. 2 et 3.
Ces tunes remontent sur les dites parois latérales et leurs extrémités supérieures sont reliées à un collecteur 42, lequel est à son tour relié au corps 18 par des canalisations 46. La longueur (distance entre l'avant et l'arrière) des foyers 10 et 12 est plus forte dans le bas que dans le haut, comme le montrent clairement fig. 2 et 3, et les tubes 39 qui remontent sur les parois latérales de la partie haute se divisent sur la partie inclinée ou raccord 48 de la paroi avant du foyer considéré de sorte que le nombre.de tubes qui s'étendent sur la zone antérieure des parois latérales au-dessous du raccord précité soit suffisant pour recouvrir cette partie de la paroi du foyer.
En plus des tubes générateurs de va- peur 28 et 29 qui tapissent respectivement la paroi avant et les parois latérales des foyers 10 et 12, chacun de ceux-ci comporte deux écrans de tubes 52 qui s'avancent à l'intérieur du foyer audessous du raccord incliné 48 de la paroi avant, ces écrans 52 pouvant être considérés soit comme descendant du raccord przcité,
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soit cornue s'étendant en direction de l'intérieur du foyer à par- tir de la paroi ava.nt, comme indiqué en fig. 2 et 3. Les tubes qui réalient ces écrans 52 peuvent avantageumetn être constitués en divisant les tubes qui garnissent la partie haute de la paroi avant.
Les tubes de ces rangées traversent la paroi avant du foyer considéré dans la partie basse de celle-ci, puis redescendent pour aboutir . des collecteurs 26. Les extrémités inférieures des tubes 39 des parois latérales sont reliées a l'un des collecteurs d'alimentation 54 ce collecteur étant lui-même relis par une cana- lisation 56 au collecteur 26 de sorte eue la pompe 22 peut agir pour refouler l'eau dans tous les tubes générateurs de vapeur, le mélage d'eau et de vapeur qui sort de ces tubes étant amené au corps 18 qui joue ainsi le rôle de collecteur.
Chacue foyer 10 ou 12 estchauffé par le moyen d'un cer- tain nombre de rangées de brûleurs 58 ces rangées étant espacées horizontalement les unes des autres. Dans la forme d'exécution re- présentée, chaque rangée comprend quatre brûleurs disposés les uns sous les autres et il est prévu trois rangées, de sorte que le' combustible et l'air comburant sont projetés horizontalement entre les écrans 52 et entre ces écrans et les parois latérales c'est- à-dire en d'autres termes, dans les chambres déterminées par les écrans.
Les gaz de combustion ainsi engendrés remontent dans le ) foyer considéré et s'échappent par une sortie 60 dans la paroi ar- . rière 62 du foyer la et respectivement dans la paroi arrière 64 du foyer 12. De cette sortie part un carneau de gaz approprié, de type classique, comportant une partie horizontale 66 et une partie verti- cale 68 qui descend parallèlement au foyer et qui peut être reliée à une cheminée convenable.
Dans le bas de la partie 68 du carneau de gaz, il est prévu l'ensemble échangeur de chaleur habituel, lequel peut comporter un économiseur 70, tandis que dans la partie haute est disposé un échangeur à convexion 72 formant surchauf-
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feur. Cet échangeur disposé dans le carneau de gaz de chaque foyer se présente sous la forme de tubes en serpentin à la façon classique; la vapeur lui est fournie par la canalisation 74, le collecteur d'entrée de l'échangeur étant référencé 76.
Cette vapeur s'élève dans 1'échangeur peur aboutir à un collecteur de sortie 78 et de ce dernier elle passe dans un surchauffeur aditionnel à convexion 30 dispose dans la partie horizontale 66 du carneau, le collecteur d'entrée de cet échangeur étant référencé 82 et son collecteur de sortie 84. Du collecteur 84 la vapeur est 'envoyée dans le haut du foyer de surchauffe 12 et plus particulèrement eux ceux collecteurs d'entrée86 disposés respectivemet immédiatement au-dessus de chacune des parois latérales 36 et 38 du dit foyer.
Ces parois latérales 36 et 38 sont garnies de tubes de surchauffe 88 sur la largeur référencée 90 en fig. 3 ; un tube 88 sur deux est relié par son extrémité supérieure au collecteur ='entrée 86 voisin de sorte que la vapeur descend dans ces tubes le long des parois latérales 36 et 38 Les extrémités inférieures de tous les tubes 88 sont reliées à un collecteur 92 et la vapeur qui arrive dans ce dernier doit donc remonter par les autres tubes 88 dont les extrémités supérieures sont reliées à la branche voisine d'un collecteur 92' en forme de U disposé au-dessus de la paroi considérée.
Ainsi la vapeur descend et remonte alternativement dans les tubes 88 Le collecteur en U 92' est relié à l'extrémité supérieure de tubes 94 qui garnissent la paroi arrière 64 du foyer 12 de manière que la vapeur descende dans ces tubes 94 dont l'extrémité inférieure aboutit au collecteur final de sortie 96 du surchauffeur- La vapeur est envoyée de ce collecteur à la turbine qui, à la façon.classique, est disposée à proximité de la partie basse du générateur de vapeur.
Arès aucune partie de l'énergie de la vapeur ait été utilisée ou épuisée, cette vapeur est ramenée au générateur pour être réchauffée. Dans la forme d'exécution représentée les parois
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latérales du foyer de réchauffage 10 sont garnies de tubes 98 dont les extrémités inférieures sont relises respectivement à l'un
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et à l'autre ae deux collecteurs d'entrée 100 eux-Li2les respecti Ve;1ent disposés au voisinage de la partie basse 'e chacune de ces parois latérales 32 et 34 La vapeur à réchauffer passe àes collecteurs d'entrée 100 dans les tubes 98 qui tapissent les aroi: latérales précitées et arrive à un collecteur 102-106 en forme
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de t3 auquel sont relises 1=.s extrémités supérieures des tuiles 98.
La partie centrale 106 de ce collecteur est disposée audessus de Ici paroi .arrière 62 du foyer et est relié--a es
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tubes 103 cui descendant le lonq de cette '¯¯i0i. ainsi la Zc.::E'.Ui' renorte dans les tubes 9o arrive u collecteur 102-1%Do, puis redescend dans les tubes 10S.
Cette Vrlpeur est finalement recueillie dans le collecteur de sortie 110 auquel aboutissent les 1=tré:;;it<s inférieures des tubes 108, ce collecteur ilu étant disposé au voisinage de la partie basse de la paroi 62
Comme on peut le voir l'appareil ne conporte que fort peu de canalisations de vapeur haute pression et à température élevée formant liaisons entre les sections respectives ; on notera plus particulièrement que lorsque la vapeur a été chauffée à un degré appréciable, ou à une température s'approchant de celle finalement désirée, les besoins en tuyauteries de liaison destinées à fonctionner obligatoirement à une température élevée, se trouvent réduits au minimum.
Cela est extrêmement avantageux et
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très important, car ces tuyauteries à haute pression et é te7pé- rature élevée sont très onéreuses.
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En ce qui concerne la vapeur surchaufféej après qu'elle ait quitté l'étage intermédiaire du surchauffeur c'est-à-dfre la surface d'échange référencée da) et qu'elle soit entrée aàTis la partie fonctionnant par rayorxeent, elle n'exige substantiellement plus de tuyauterie de liaison, iirsi pour ce qui est =* ira partie à haute température de Ja zone de surchauffe, .1F'S t.uy;:,utel'i8 [le
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liaison nécessaires pour transférer la vapeur surchauffée d'une section du surchauffeur à une autre se trouvent substantiellement éliminées et de plus la sortie du sur-chauffeur est située dans le bas du foyer, c'st-à-dire au voisinage du point d'utilisation, savoir la turbine.
Il n'est ainsi plus besoin de la tres longue canalisation souvent utilisée pour amener la turbine, ci partir ae 1''extrémité supérieure du générateur, la vapeur qui se trouve
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alors précisément a la plus haute température et sous la :r0ssi0r: la plus forte.
De même, en ce qui concerne le foyer me réchauffage les
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tuyauteries de liaison sont ,5g[:le:' er.:t 211 t),:: t}:l ti '211lïerlt l'entrée et li. sortie du réchauffeur étant disposées ,.U vo::,,'ir':4 c de la source de vapeur réchauffer et du point d'utilisation de cette vapeur, c'est-à-dire dans la partie basse du foyer, par conséquent là également il n'est pas besoin d'une grande longueur
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de canalisations pour asener le. vapeur à l' extréai6 supérieure d'un générateur ou pour la ramener de cette extrémité supérieure à la machine.
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Si l'on se réfère au schéma d*écoulement de fig- 4, l'on peut comprendre de façon claire le trajet des divers fluides et lesavantages qui en résultent.
Le foyer de réchauffe 10 et le foyer de surchauffe 12 sont tous deux du type à trémie dans lequel les parois altérales sont inclinées dans leur partie basse pour déterminer une ouvertu-
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re à section réduite lit.
La disposition des surfaces ô'4cixz;.a* à l'intérieur de ces foyers est telle eue les tube:: (vi ta=.i sc: et réalisent les parois inclinées précitées ne reçoivent par la .;c.peur à sa température la plus élevée, c'est-i-d::.re, en 'autres ter2es, Qu'ils ne constituent pas l'étage final d chauffage de la vapeur soit dans le foyer de réeirioacfage, soit .?G.J ? s' foyer de surchauffe, par conséquent ces tubes qui réalisent air,si la trémie à paroi oblique, sont relativement froids, ce qui est
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,-esirable oue IcE -,articules ie .,:ssent désirable pour que les particules aù :.âc::e:'er qui glissent .'-'r
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ces r:
2'C.1S aient moins teEdance adhérer à csl12-ci vue ce ne serpit autrement le cïs. in ce qui concerne le foyer de réchaudfage 10, les tubes 98 qui constituent la plus grande partie de 1 la surface de la trémie sont c8uxui reçoivent initialement la
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vapeur à réchauffer et qui sont par conséquent les parties les
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plus froides de toutes les surfaces 'J.'éc{:an[e servant au réchauffage. Il est évident vue les tub.,;s 5.'-: V2.t.- ::>ris: "Ci::>n 39 cui cons- ':!. tuent Ï '--ce- ;¯r tri çtrc -3. ¯ paroi.-: .....'"r:l:'" 32 et 34. ce trcu- .'' ': i une +c>:-r'''''+ure relativement #..iù">, ,o<- -.2>.:P; ""¯Y ce qui concerne le foyer :ir rurchauffe 12 les tub6= 0 f'ui C?. ;i:,L' W't une )I'tie :u1:;::..::t::'..":'1.:: :u2: '-.'. .... 1...cli-...l-:::2 -E: . tr'2':i2 so:.t c=u5< 1* ¯2 .relier-; partie de 1;;;..::ctior: .J. :'"Jo1"çr:-¯e,12;"-: -il).
t:'C:=Li¯ T'L1C , . , r 1.-.- eu section finale --le ce surc}-h¯tu""i.el-1r o-3t¯::"'J.t constituée par les tubes 94 oui c-arnipsent la paroi ,:'.rl'2.;;re 6/+ du foyer, ?é11' corlscu("il la valeur c ui traverse les tub-s ce et C2': tubes euz-:::ê::es r.e se trouvent pas à la température (le surchauffe final e, ;7Lu contré.-ire à une température intermédiaire,, relative-nent basse. Ici également les tubes 39 qui garnissent la face antérieure des parois latérales 36 et 38 du foyer sont à une telpérature relativement faible.
On comprend donc que l'invention- a pernis ' te.bîir un agencement de circuits et une liaison % ' î ,?Chal'Iça7.lrÇ - P chaleur propres à aboutir a la réalisation d'un générateur à fonetionnenent
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efficace.
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Comme il va de soi et cormne il ressort d-'ailleurs déjà de ce qui précèl-e, l'invention ne se limite aucuns-ient celui- due ses sodés daoilication, non plus ceux des diodes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement iTi iuéS
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elle en embrasse au contraire toutes les variantes.
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11 L %' ù 1< L 1 lu r T i 0 D E .
1.- Générateur de vapeur 1'opre fonctionner :Pc.:.;'1':;::; !.0 c y ci .. cl1D1J.ffer. comprenant 'SSE' tF'1.:.' ..¯,..:i. C-i:' ¯7;ÏT': i 1C::.'.1.. disposas ''; une certaine ';i5t.nce l-'un de loutre, -tzq;; :"':1J: constitue foyer J.0 réchauffage et l'autre foyer de surchauffe, chacun de ces foyers CO"=70¯':lt dans Ja partie haute une ouverture d' 'Vé:.cu":.t':'J1::..:lez ¯<¯z de co :bus-oz,iQl1, rl2 tub's dè ;.;ori¯:.i tapissent certaines des "arois r'e ce ÊpJ-¯", uri corps J.'e:.l -;1:. a vapeur qui cO:l..mninU8 avec ces tubes, un cerneau partant ae l'ouverture 'eVwCî,latl0l';
de ,2:âz de chaque foyer, .:-8S 4changeurs de (::1. leur dis:1osés dans le carneau, ces .cnanyeurs co.;:prenant un surchauffeur ¯. convexion agencé de -'-'ianiere j :¯ recevoir la vapeur produite dans les tubes de vaporisation, et des moyens pou;.' aliiienter séparc'jent chacun des foyers, caractérise en ce que la face intérieure de certaines des parois du foyer de sur-
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chauffe est tapissée Óe tubes surchauffeurs verticaux &11int de fextrémité supérieure à l'extréMité inférieure du foyer, des moyens étant prévus pour faire descendre la vapeur par certains de ces tubes, puis pour la faire remonter par d'autres, et enfin pour la faire redescendre par un troisième groupe des dits tubes
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en série en vue de l'amener à un dispositif collecteur co:
ßuninul avec 1-'extrémité inférieure destubes de ce troisième groupe dans la partie basse du foyer de surchauffe, ainsi que des moyens pour amener la vapeur du surchauffeur à convexion au foyer de surchauf- : fe en traversant en série les tubes surchauffeurs qui tapissent ce foyer, et en ce que le foyer de réchauffage comporte des tubes réchauffeurs verticaux s'étendant sur toute sa hauteur, des dispositifs collecteurs disposés dans le bas du foyer pour recevoir la vapeur à réchauffer, cette vapeur s'élevant à travers un certain
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nombre des dits tubes réchauffeurs" dont les extrémités c'omnuni- quent avec celles des tubes restants pour permettre à la vapeur de redescendre par ces derniers et de parvenir ainsi à un collecteur de sortie prévu dans le bas du foyer,et en ce que chaque