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PERFECTIONNEMENTS AUX ECONOMISEURS ET AUX APPAREILS
ANALOGUES.
Cette invention a trait aux économiseurs, réchauf- feurs, surchauffeurs et appareils analogues, et l'un de ses buts principaux est d'établir un appareil simple, compact et efficace de ce genre.
Elle a en outre pour objet un économiseur comportant une série de rangées de tubes conduisant le fluide alterna- tivement dans un sens, puis en sens inverse,et établi,de telle sorte que le nombre de joints est beaucoup plus faible que ,
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daat lus autres écononiieeurs tubulaires connus.
D'autres caractéristiques ont trait à la disposi- tion des tubes, à la façon de supporter les tubes, aux dis- positifs prévus pour faciliter l'accès des tubes en vue de leur nettoyage,- de leur démontage et de leur remplacement et pour les guider dans l'opération de démontage.
Suivant une autre caractéristique l'appareil com- prend une disposition perfectionnée de tubes en U qui assure une surface de chauffe beaucoup plus grande que celle des appareils antérieurs de mêmes dimensions, c'est-à-dire un appareil qui, pour une même surface de chauffe, n'occupe que 60 % environ du volume des appareils antérieurs.
D'autres buts de l'invention sont de réduire encore les dimensions de l'économiseur par 1'application, de tubes à ailettes perfectionnés; de diminuer la perte de tirage; d'assurer de meilleures conditions d'écoulement et, d'une façon générale, d'établir un économiseur de faible encombre- ment, de faible chute de pression d'eau, ne comportant qu'un petit nombre de joints et dbnprix de revient relativement faible.
Dans les dessins annexés : -
Fig. 1 est une vue de face d'un économiseur établi suivant l'invention. Une partie de l'économiseur est repré- sentée en coupe verticale et d'autres parties sont schématiques; étant donné qutelles sont indiquées avec plus de détails dans les autres figures.
Fig. 2 est une coupe horizontale suivant 2-2 (fig.l).
Fig. 3 est une coupe verticale fragmentaire, par- tiellement brisée et à plus grande échelle représentant avec plus de détails la disposition des tubes, les plaques à tubes et les organes supportant les tubes.
Fig. 4 est une coupe transversale suivant 4-4 (fig. 3). '
Comme représenté, l'économiseur comprend, en général,
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une boite principale A munie de deux compartiments extrêmes 5 et 6, une conduite d'amenée 7, de préférence située à la /que les partie supérieure, pour l'admission d'un agent de chauffage ' /que les fumées d'un tel/ gaz de cadeau, une conduite de départ des gaz 8, foyer quel- conque quel- placée à la partie inférieure, et une série de tubes B, disposés de la façon qu'on va décrire.
Les tubes B sont des tubes en U disposés en plusieurs rangées verticales divisées en deux groupes 9 et 10, chaque ) groupe comprenant plusieurs rangées verticales,e--horizonta- lement espacées de tubes supportés par les extrémités oppo- ) sées de la boîte, chaque rangée étant composée d'une série de tubes en U espacés verticalement.
Les tubes du groupe 9 sont supportés près de leurs extrémités ouvertes 11 par une plaque à tubes 12 située près d'une des parois extrêmes de la boite ( celle de droite dans le présent exemple), cette plaque à tubes étant espacée suffisamment de ladite paroi extrême pour constituer le compartiment 6; et les tubes du groupe 10 sont supportés près de leurs extrémités ouvertes 13 par une plaque à tubes 14 située près de la seconde paroi extrême ou extrémité de gauche de la boîte'¯¯rais à un certain écartement de cette paroi, de façon à constituer le compartiment 5. Les tubes du groupe 10 sont placés, par rapport à ceux du groupe 9, de
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façon 41,;\ t ils occupent hl;!: espac.es eempï'is entre les rangées du groupe 9 et qu'ils soient décalés par rapport à elles.
En d'autres termes, dans la direction transversale, les tubesen U sont alternativement surélevés et surbaissés d'une moitié environ de l'espacement vertical des deux branches horizonta- les des tubesen U, comme il ressort de fig. 3 et 4.
Les tubesen U 15 et 16 des groupes de tubes sont situés dans la partie de la boite qui est limitée à ses ex- trémités par les plaques à tubes 12 et 14, et l'on remarquera que les coudes des tubes en U des rangées verticales alternan- tes sont disposés alternativement à droite et à gauche.
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Des brides 17 sont prévues aux extrémités ouvertes des tubes du groupe 9 pour la fixation de raccords à 180 démontables 18 dont le rôle est de relier les tubes des rangées du groupe 9 pour permettre au fluide de passer dans ces tubes alternativement dans un sens et en sens inverse, et des brides 19 sont prévues aux extrémités ouvertes des tubes du groupe 10 pour la fixation de raccords 20, à 180 qui relient les tubes des rangées du groupe 10 en vue du passage du fluide alternativement dans un sens, et en sens inverse à l'intérieur de ces tubes. Les coudes 18 et 20 sont disposés dans les compartiments 6 et 5, respectivement.
Pour augmenter la surface de chauffe de chaque tube, des ailettes f peuvent être prévues sur ces tubes, ces ailet- tes s'étendant dans la direction longitudinale des tubes et étant de préférence disposées dans un plan vertical.
L'eau (ou autre agent) à chauffer est amenée à un collecteur inférieur 21 par un ou plusieurs tuyaux 22 dtoù elle passe aux tubes du groupe 9 par une série de coudes 23, prévus à raison d'un coude pour chaque rangée du groupe, les points de raccordement étant établis avec les tubes les plus bas des rangées. Une seconde série de tuyaux coudés 24 est aussi prévue pour amener l'eau à chauffer aux tubes de'l'autre groupe 10, ces tuyaux 24 étant reliés aux tubes les plus bas des rangées de ce groupe.
L'eau se' meut alternativement dans un sens et en sens inverse à ltintérieur des tubes et pénètre finalement dans un collecteur supérieur 25 auquel les tubes les plus hauts des groupes 9 et 10 sont reliés par une série de tuyaux coudés 26 et 27, respectivement. L'eau s'échappe par un ou plusieurs,tuyaux 28.
Il ressort de ce qui précède que les rangées de tubes sont reliées en série au collecteur d'admission principal 21 et au collecteur d'échappement principal 25 et que les points de raccordement et les tuyaux coudés démontables 23, 24, 26 et
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27 sont disposés de telle sorte qu'en cas de fuites, on peut facilement refaireau dudgeon un raccord quelconque débouchant dans un de ces collecteurs sans déranger ni le collecteur, ni aucun des tubes de l'économiseur reliés à ce collecteur.
On décrira maintenant les plaques à tubes 12 et 14 supportant les tubes aux extrémités de l'économiseur. On voit que ces plaques sont divisées dans la direction verti- cale en sections ho@izontales démontables, les sections de la plaque à tubes 12 étant désignées par 29 et celles de la plaque à tubes 14 par 30. Chaque section comprend une ran- gée horizontale ou transversale de tubes en U. Ces sections sont fixées en 31 à des pièces de charpente verticales de la boite A et l'on Ménage entre elles un espace suffisant pour permettre l'insertion d'un joint calfaté comme indiqué en
32.
En enlevant une des sections de plaque à tubes après avoir enlevé tous les raccords susceptibles de s'y opposer tous les tubes en U faisant partie de la rangée ho- rizontale de la section sont exposés pour la visite, le nettoyage et le démontage. Dans le but de supporter la rangée horizontale de tubes en U pendant que la plaque à tubes qui les supporte habituellement a été enlevée, on prévoit au bord supérieur de chaque section un rebord large 33 qui fait saillie vers l'intérieur et constitue une tablette sur laquelle les ailettes des tubes peuvent reposer.
A cet égard on remarquera que lorsque la section à démonter a été détachée des supports latéraux, cette section tombe de la distance cor- respondant à l'espace de calfatage ménagé entre les sections, ce qui abaisse les tubes, dont les ailettes viennent reposer sur la tablette saillante de la section placée au-dessous. La plaque à tubes peut alors être enlevée librement, les trous 34 de cette plaque étant suffisamment grands et ayant une
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forme telle qu'on peut dégager les plaques des brides pré- vues aux extrémités des tubes. L'espace restant entre les tubes et les trous est rempli par un collier fendu 35 qui s'adapte exactement aux tubes et autour duquel une garniture de calfatage est emmanchée dans l'espace annulaire 36.
Les tubesen U sont supportés non seulement près de leurs extrémités ouvertes mais aussi à l'endroit du coude de l'U par des organes 37, représentés dans les fig. 3 et 4.' Les organes 37 sont fixés aux ailettes f près des ex- trémités coudées des tubes et reposent sur les deux tubes voisins inférieurs en un point voisin de celui où ces tubes sont supportés dans la plaque à tubes. Ces organes peuvent être fixés à l'ailette inférieure soit de la branche recti- ligne supérieure du tube en U, soit de la branche rectili- gne inférieure dudit tube, la disposition étant telle, dans chaque cas, que'lesdits organes peuvent passer en regard des,parties coudées des tubes sur lesquels ils reposent lors- qu'on retire de la boite les tubes portant lesdits organes.
Comme représenté, les organes 37 sont portés par les branches rectilignes supérieures des tubes du groupe 9 et par les branches rectilignes inférieures des tubes du groupe 10. Pendant qu'on effectue l'extraction des tubes, les organes 37 ervent de patins ou d'organes de guidage agencés pour glisser le long des tubes de support se com- portant à la façon de rails de guidage. Les tubes sont ainsi guidés dans leur enlèvement.
On se référera maintenant aux organes 37 qui sont fixés aux ailettes des branches inférieures des tubes en U, par exemple celles de la seconde rangée à partie de la gauche de fig. 4.
On voit que lesdits organes sont munis d'une partie 38 qui s'étend vers le bas entre les deux tubes de support ou de guidage et qui présente une entaille 39 agencée pour recevoir l'ailette supérieure de la branche supérieure du
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tube en U situé au-dessous. Ces organes 37 ne reposent pas normalement sur les ailettes, contrairement à ce qui est indiqué dans la fig. 4. Toutefois, lorsque les tubes sur lesquels reposent normalement les organes ont été enlevés, le jeu est rattrapé et les organes reposent sur les ailettes supérieures dont il vient d'être question.
Dans des circons- tances analogues, dans le cas des tubes en U auxquels les organes 37 sont fixés à l'ailette inférieure de la branche supérieure, par exemple ceux des première et troisième rangées à partir de la gauche de fige 4, ces tubes exigent pour leur support des pièces spéciales'40 qui sont fixées à l'ailette inférieure de la branche inférieure des tubes à U. Ces pièces 40 présentent une entaille 41 agencée pour recevoir l'ailette supérieure du tube placé au-dessous et se comportent de la même façon que les parties saillantes inférieures 38 des organes 37 précédemment décrits. De plus, les saillies 38 et les pièces 40 contribuent à maintenir les divers tubes en alignement.
Il ressort de ce qui précède que liés rangées ver- ticales de tubes du présent économiseur peuvent être pla- cées beaucoup plus près les unes des autres qu'il est pos- sible dans l'économiseur du type usuel comportant des tubes rectilignes munis de raccords coudés extérieurs démontables qui relient les tubes à chaque extrémité de l'économiseur et dans lequel il est nécessaire de prévoir beaucoup plus de place pour loger les brides des raccords à chaque extrémité des tubes.
Ce rapprochement est possible en raison de l'ap- plication de tubes en U disposés alternativement à droite et à gauche, dont les parties coudées sont situées à l'intérieur de la boîte et dont les raccords à brides se rapportant à 'une série sont situés à l'une des extrémités de la boîte, tandis que ceux se rapportant à l'autre série sont situés à l'autre extrémité de la boite. Grâce à cette disposition, l'économiseur n'occupe que 60 % environ du volume du type usuel susmentionné pour la même surface de chauffe.
En outre, par l'application d'ailettes ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
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@ qui-augmentent la surface de chauffe de chaque tube, on peut diminuer le nombre de tubes, de raccords et de joints et les.dimensions de l'économiseur tout en conservant la même surface de chauffe.
Cette diminution peut même être poussée plus loin à cause de la diminution du nombre de rangées de tubes au contact desquels les gaz doivent passer, cette diminution ayant comme résultat de diminuer la perte de tirage. Si l'on désire obtenir la même perte de tirage que dans l'éco- nomiseur du type usuel, on peut augmenter la vitesse des gaz et augmenter ainsi le taux de transmission de chaleur, ce qui permet une diminution relative de la surface de chauffe to- tale requise pour le,même travail des économiseurs.
En disposant les parties coudées des rangées hori- zontales alternativement à droite et à gauche de la façon @usindiquée, avec les raccords à bride reliant les extrémi- tés ouvertes de ces tubes aux extrémités ouvertes des tubes des rangées directement supérieure et inférieure, on obtient deux tnajets définis pour le passage de l'eau à travers l'é- conomiseur, l'un d'eux passant en série à travers les raccords, le long dtun côté, et l'autre s'étendant en série à travers les raccords, le long du côté opposé.
Dans l'économiseur du type usuel, il n'existe qu'un seul :trajet en série de ce genre et, par conséquent, l'eau doit se mouvoir à peu près deux fois plus vite, pour le même diamètre de tube. Elle doit aussi parcourir plus de deux fois la longueur de tube, car non seulementfle courant a été réduit approximativement d'une moitié dans le présent éco- nomiseur, mais la longueur de tube a été diminuée d'une façon supplémentaire par,,,la présence d'ailettes sur les tubes.
/charge Le résultat net est de réduire la perte de/paression à travers le présent économisr à moins du cinquième de celle de l'économiseur du type usuel. Par le choix de tubes de diamètre convenable, on peut maintenir la vitesse de
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l'eau à une valeur telle que le courant assure un taux de transmission de chaleur avantageux et que les petites bulles de gaz déposées soient continuellement éliminées de la surface des tubes, ce qui réduit au minimum la corrosion dans le cas où l'eau d'alimentation ne serait pas suffisamment désaérée.
Pour le cas où la température du gaz passant à l'in- térieur de L'économiseur s'élèverait à une valeur telle qu'el- le risque de détériorer les plaques à tubes, on envisage l'application de réfractaires sous forme de briques ou de matière, plastique à l'intérieur des plaques à tubes. Le revêtement en briques peut être construit de façon qu'il soit maintenu en place par les ailettes des tubes et qu'il puisse être démonté et remplacé sans détériorer ces ailettes. Les parois internes de la boite peuvent aussi être munies d'un revêtement réfractaire.
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DEVELOPMENTS FOR ECONOMISERS AND APPLIANCES
ANALOGUES.
This invention relates to economizers, heaters, superheaters and the like, and one of its main objects is to provide a simple, compact and efficient apparatus of this kind.
It further relates to an economizer comprising a series of rows of tubes leading the fluid alternately in one direction, then in the opposite direction, and established so that the number of joints is much lower than,
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daat lus other known tubular economoniers.
Other characteristics relate to the arrangement of the tubes, the way of supporting the tubes, the devices provided to facilitate access to the tubes for cleaning, - their dismantling and replacement and for guide them in the dismantling operation.
According to another characteristic, the apparatus comprises an improved arrangement of U-shaped tubes which provides a much larger heating surface than that of previous apparatuses of the same dimensions, that is to say an apparatus which, for the same surface of heating, occupies only about 60% of the volume of previous devices.
Other objects of the invention are to further reduce the dimensions of the economizer by the application of improved finned tubes; reduce draft loss; to ensure better flow conditions and, in general, to establish an economizer with a small footprint, low water pressure drop, comprising only a small number of joints and cost price relatively low.
In the accompanying drawings: -
Fig. 1 is a front view of an economizer established according to the invention. Part of the economizer is shown in vertical section and other parts are schematic; since they are indicated in more detail in the other figures.
Fig. 2 is a horizontal section along 2-2 (fig.l).
Fig. 3 is a fragmentary vertical section, partly broken away and on a larger scale, showing in more detail the arrangement of the tubes, the tube plates and the members supporting the tubes.
Fig. 4 is a cross section along 4-4 (fig. 3). '
As shown, the economizer comprises, in general,
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a main box A provided with two end compartments 5 and 6, a supply pipe 7, preferably located at / than the upper part, for the admission of a heating agent '/ that the fumes of such / gift gas, a gas outlet line 8, any fireplace in the lower part, and a series of tubes B, arranged as will be described.
Tubes B are U-shaped tubes arranged in several vertical rows divided into two groups 9 and 10, each) group comprising several vertical rows, e - horizontally spaced apart tubes supported by the opposite ends of the box, each row being made up of a series of vertically spaced U-shaped tubes.
The tubes of group 9 are supported near their open ends 11 by a tube plate 12 located near one of the end walls of the box (the one on the right in the present example), this tube plate being sufficiently spaced from said wall. extreme to constitute compartment 6; and the tubes of group 10 are supported near their open ends 13 by a tube plate 14 located near the second end wall or left end of the box '¯¯rais at a certain distance from this wall, so as to constitute compartment 5. The tubes of group 10 are placed in relation to those of group 9,
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way 41,; \ t they occupy hl;!: spac.es eempï'is between the rows of group 9 and they are offset with respect to them.
In other words, in the transverse direction the U-tubes are alternately raised and lowered by about half the vertical spacing of the two horizontal legs of the U-tubes, as can be seen from fig. 3 and 4.
The U-tubes 15 and 16 of the groups of tubes are located in the part of the box which is limited at its ends by the tube plates 12 and 14, and it will be noted that the elbows of the U-tubes of the vertical rows alternates are arranged alternately to the right and to the left.
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Flanges 17 are provided at the open ends of the tubes of group 9 for fixing removable 180 ° fittings 18 whose role is to connect the tubes of the rows of group 9 to allow the fluid to pass through these tubes alternately in one direction and in direction, and flanges 19 are provided at the open ends of the tubes of group 10 for fixing fittings 20, to 180 which connect the tubes of the rows of group 10 for the passage of the fluid alternately in one direction and in the opposite direction inside these tubes. Elbows 18 and 20 are arranged in compartments 6 and 5, respectively.
To increase the heating surface of each tube, fins f may be provided on these tubes, these fins extending in the longitudinal direction of the tubes and preferably being arranged in a vertical plane.
The water (or other agent) to be heated is brought to a lower collector 21 through one or more pipes 22 where it passes to the tubes of group 9 through a series of bends 23, provided at the rate of one bend for each row of the group , the connection points being established with the lowest tubes of the rows. A second series of bent pipes 24 is also provided for bringing the water to be heated to the tubes of the other group 10, these pipes 24 being connected to the lower tubes of the rows of this group.
The water moves alternately in one direction and in the opposite direction inside the tubes and finally enters an upper manifold 25 to which the uppermost tubes of groups 9 and 10 are connected by a series of elbow tubes 26 and 27, respectively. . The water escapes through one or more pipes 28.
It emerges from the foregoing that the rows of tubes are connected in series to the main intake manifold 21 and to the main exhaust manifold 25 and that the connection points and the removable elbow pipes 23, 24, 26 and
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27 are arranged so that in the event of leaks, it is easily possible to remake any connector opening into one of these manifolds without disturbing either the manifold or any of the economizer tubes connected to this manifold.
The tube plates 12 and 14 supporting the tubes at the ends of the economizer will now be described. It can be seen that these plates are divided in the vertical direction into dismountable horizontal sections, the sections of the tube plate 12 being designated by 29 and those of the tube plate 14 by 30. Each section comprises a row. horizontal or transverse U-shaped tubes. These sections are fixed at 31 to vertical frame pieces of box A and sufficient space is left between them to allow the insertion of a caulked joint as indicated in
32.
By removing one of the tube plate sections after removing all the fittings that may oppose it all the U-tubes forming part of the horizontal row of the section are exposed for inspection, cleaning and disassembly. In order to support the horizontal row of U-shaped tubes while the tube plate which usually supports them has been removed, there is provided at the top edge of each section a wide rim 33 which protrudes inward and forms a shelf on the top. which the fins of the tubes can rest.
In this regard it will be noted that when the section to be dismantled has been detached from the lateral supports, this section falls by the distance corresponding to the caulking space formed between the sections, which lowers the tubes, the fins of which come to rest on. the protruding shelf of the section below. The tube plate can then be removed freely, the holes 34 of this plate being sufficiently large and having a
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shape such that the plates can be released from the flanges provided at the ends of the tubes. The space remaining between the tubes and the holes is filled by a split collar 35 which exactly fits the tubes and around which a caulking insert is fitted into the annular space 36.
The U-tubes are supported not only near their open ends but also at the bend of the U by members 37, shown in Figs. 3 and 4. ' The members 37 are fixed to the fins f near the bent ends of the tubes and rest on the two lower neighboring tubes at a point close to where these tubes are supported in the tube plate. These members can be attached to the lower fin either of the upper straight branch of the U-tube or of the lower straight branch of said tube, the arrangement being such, in each case, that said members can pass in. look at the bent parts of the tubes on which they rest when the tubes carrying said members are removed from the box.
As shown, the members 37 are carried by the upper rectilinear branches of the tubes of group 9 and by the lower rectilinear branches of the tubes of group 10. While the extraction of the tubes is carried out, the members 37 act as runners or skids. guide members arranged to slide along the support tubes behaving in the manner of guide rails. The tubes are thus guided in their removal.
Reference will now be made to the members 37 which are fixed to the fins of the lower branches of the U-shaped tubes, for example those of the second row from the left of FIG. 4.
It can be seen that said members are provided with a part 38 which extends downwards between the two support or guide tubes and which has a notch 39 arranged to receive the upper fin of the upper branch of the
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U-tube located below. These members 37 do not normally rest on the fins, contrary to what is indicated in FIG. 4. However, when the tubes on which the components normally rest have been removed, the play is taken up and the components rest on the upper fins just mentioned.
In similar circumstances, in the case of U-tubes to which members 37 are attached to the lower fin of the upper leg, for example those of the first and third rows from the left of fig 4, these tubes require for their support special pieces'40 which are fixed to the lower fin of the lower branch of the U-tubes. These parts 40 have a notch 41 arranged to receive the upper fin of the tube placed below and behave in the same way. the same way as the lower protrusions 38 of the members 37 previously described. In addition, the projections 38 and the pieces 40 help to keep the various tubes in alignment.
It emerges from the foregoing that the connected vertical rows of tubes of the present economizer can be placed much closer to each other than is possible in the economizer of the usual type comprising straight tubes fitted with fittings. removable outer elbows that connect the tubes at each end of the economizer and in which it is necessary to provide much more space to accommodate the flanges of the fittings at each end of the tubes.
This approximation is possible due to the application of U-shaped tubes arranged alternately to the right and to the left, the bent parts of which are located inside the box and the flanged connections relating to a series are located at one end of the box, while those relating to the other series are located at the other end of the box. Thanks to this arrangement, the economiser occupies only about 60% of the volume of the usual type mentioned above for the same heating surface.
In addition, by the application of fins ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
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@ which increase the heating surface of each tube, it is possible to reduce the number of tubes, fittings and joints and the dimensions of the economiser while maintaining the same heating surface.
This reduction can even be pushed further because of the reduction in the number of rows of tubes in contact with which the gases must pass, this reduction having the result of reducing the draft loss. If it is desired to obtain the same draft loss as in the economizer of the usual type, the gas velocity can be increased and thus the rate of heat transmission increased, which allows a relative reduction in the heating surface. total required for the same work of economizers.
By arranging the bent parts of the horizontal rows alternately to the right and to the left in the manner indicated, with the flanged fittings connecting the open ends of these tubes to the open ends of the tubes of the directly upper and lower rows, one obtains two jets defined for the passage of water through the economizer, one of them passing in series through the fittings, along one side, and the other extending in series through the fittings , along the opposite side.
In the economizer of the usual type, there is only one such serial path, and therefore the water must move about twice as fast, for the same tube diameter. It must also travel more than twice the length of tube, because not only has the current been reduced to approximately half in the present economizer, but the length of tube has been reduced further by ,,, the presence of fins on the tubes.
/ charge The net result is to reduce the loss of / paression through the present economisr to less than one-fifth that of the conventional type economiser. By choosing tubes of suitable diameter, the speed of
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water to a value such that the current provides a favorable heat transfer rate and the small deposited gas bubbles are continuously removed from the surface of the tubes, which minimizes corrosion in the event that the water d food would not be sufficiently deaerated.
In the event that the temperature of the gas passing inside the economizer rises to such a level that there is a risk of damaging the tube sheets, the application of refractories in the form of bricks is considered. or material, plastic inside the tube sheets. The brick lining can be constructed so that it is held in place by the tube fins and can be removed and replaced without damaging these fins. The internal walls of the box can also be provided with a refractory lining.