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APPAREIL DE CHAUFFAGE DE GAZ.
L'invention est relative à des appareils tubulaires de chauffa- ge de gaz, dans lesquels on fait passer le gaz ou la vapeur à chauffer à travers des tubes disposés entre des caisses de tête communes distributri- ces et collectrices, et placés sensiblement verticalement dans une chambre d'échange de chaleur munie d'une entrée et d'une sortie d'un gaz de chauf- fage. L'invention a particulièrement pour but des appareils de chauffage de gaz dans lesquels la chaleur est principalement ou pratiquement complè- tement transmise aux tubes par rayonnement à partir d'un gaz de chauffage et des parois de la chambre d'échange de chaleur, particulièrement des pa- rois de l'entrée des gaz.
Dans des cas où des gaz ou vapeurs doivent être chauffés à des températures très élevées, ou bien par des gaz de chauffage très chauds, les surfaces de chauffe sont soumises à des tensions très éle- vées parce que des gaz et vapeurs ont un pouvoir d'absorption de chaleur re- lativement faible en comparaison de liquides, du fait que les liquides, en plus de leur chaleur spécifique d'ordinaire plus élevée, sont également ca- pables d'absorber de grandes quantités de chaleur par évaporation. Bien que des appareils de chauffage de gaz modernes soient construits de manière que les tensions soient modérées dans une large mésure, il peut néanmoins arri- ver que des tubes individuels s ient fortement attaqués par la chaleur et doivent être échangés.
Un but de la présente invention est de créer un échangeur de chaleur tubulaire dans lequel les tubes individuels sont aptes à.supporter de hautes températures et peuvent être soumis à de grandes variations de températures et aux déplacements de chaleur qui en résultent, sans influen- cer de façon nuisible les tubes eux-mêmes ni les parties de la construction auxquelles les tubes sont raccordés ou reliés. Un autre but consiste en ce que les tubes séparés soient mobiles individuellement dans le sens vertical et, par rapport aux caisses de tête, également horizontalement. Les parties des tubes placées à l'intérieur de la chambre d'échange de chaleur ne doi-
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vent présenter aux radiations de chaleur que des surfaces lisses, sans joints ni raccords.
En outre, un but de la présente invention consiste en ce que les tubes puissent être relativement facilement démontés et enlevés individuel- lement de l'appareil de chauffage de gaz pour être réparés ou remplacés par un nouveau tube, de préférence même pendant les périodes de marche et à des tempé- ratures élevées des tubes atteignant, par exemple, 800-1000 C ou plus, rendant ainsi possible l'essai de tubes de matières différentes pour trouver la matiè- re la mieux appropriée à un appareil de chauffage donné. Un but encore supplé- mentaire est de construire un appareil de chauffage de gaz dans lequel les tu- bes peuvent être nettoyés de la suie en les soulevant et les laissant tomber par intervalles.
Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres avantages de valeur qui apparaîtront comme évidents aux gens de métier à mesure que la descrip- tion se poursuit, au moins une extrémité de chaque tube de l'appareil de chauf- fage de gaz est raccordée à la caisse de tête distributrice ou collectrice, suivant le cas,au moyen d'une conduite flexible. La nature de la conduite flexible dépend de la température des gaz qui doivent la traverser. Du côté de l'entrée, il peut être possible d'utiliser une matière sensible à la. cha- leur, telle que le caoutchouc, le canievas ou une matière analogue, pourvu que le gaz qui doit la traverser n'est pas préchauffée ou ne l'est seulement que de façon négligeable.
A la sortie ou bien lorsqu'on a à faire d'autre façon à des températures de gaz élevées, on doit utiliser pour les conduites flexi- bles une matière résistant à la température, et dans ce but, on peut utiliser des tubes métalliques souples modernes.
L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des réalisations représentées sur les dessins en annexe, mais il est bien entendu que ces réalisations ne sont que des exemples de la ma- nière dont le principe de la présente invention peut être mis en pratique, et elles ne sont pas destinées à limiter le domaine de l'invention.
Sur les dessins la fig. 1 est une vue en coupe transversale verticale d'un é- changeur de chaleur conforme à l'invention; les fig. 2 et 3 représentent schématiquement deux modes de sus- pension élastiques des tubes; les fig. 4, 5 et 6 représentent. schématiquement des réalisa- tions comprenant deux tubes accouplés en série, ayant sur les figures 5 et 6 la forme de tubes en U, et la fig. 7 représente un détail de la figure 1 à échelle agran- die.
Une colonne verticale ou chambre d'échange de chaleur 1 est for- mée par une paroi circulaire 2 portant un revêtement réfractaire 3 et une chemise extérieure en tôle 4. Une couche isolante intermédiaire 5 peut égale- ment être prévue. La paroi est montée sur une plaque de fond 12 renforcée par des ailes 10 et placée sur une poutre annulaire en double T 11. La cham- bre 1 a une entrée 6 pour le gaz de combustion produit par le brûleur 7 et une sortie 14 dans le fond aboutissant à la cheminée 15. Le brûleur peut ê- tre supprimé si des gaz chauds peuvent être obtenus de quelqu'autre source.
Autour de l'ouverture de sortie se trouve une sole 17 en matière réfractai- re, recouverte d'une couche 18 de grains ou de graviers réfractaires. Si el- le est recouverte de cette façon, la sole peut être construite en matière isolante qui n'a pas besoin d'avoir de propriétés réfractaires. La paroi dé- passe légèrement à l'intérieur à la partie supérieure de l'appareil de chauf- fage de gaz pour former la partie extérieure 19 de la voûte. A son centre, la chambre est limitée vers le haut par une voûte suspendue 21, suspendue à la poutre 23 au moyen de tiges 24 ancrées dans la voûte. La poutre 23 re- pose sur la plaque circulaire 25' placée au sommet de la paroi 2. La voûte consiste en une matière réfractaire et est recouverte d'une couche isolan- te 27.
Au centre se trouve une ouverture 28 ménagée dans la voûte pour l'en- trée verticale des gaz, et formée par la paroi réfractaire cylindrique 29
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supportée par la poutre 23. La sortie 14 est constituée de façon analogue par la paroi cylindrique réfractaire 31.
Sur le dessin, l'entrée de gaz est placée au sommet de l'appa- reil de chauffage, mais il est possible d'introduire le gaz au fond de l'ap- pareil et de le faire sortir au sommet.
Les tubes droits 37 sont suspendus verticalement dans des ou- vertures circulaires 33 de la voûte et 35 de la sole au moyen d'anneaux fi- xés aux extrémités du tube, par exemple, par contraction ou simplement par soudage. Comme on le voit le mieux sur la fig. 7, les anneaux 38 reposent sur des plaques 39 qui, à leur tour, reposent sur des supports 40 fixés à la poutre 23, par exemple par soudage= Au sommet du tube est fixé le tube mé- tallique souple 43 par l'intermédiaire du coude 41, par une soudure 42, et le tube souple est raccordé de façon semblable à une ouverture 44 de la cais- se supérieure 45 qui sert de préférence de caisse distributrice, également par l'intermédiaire d'un coude 46. En dessous, le tube est fixé de façon cor- respondante à la caisse inférieure 52 au moyen du tube souple 47, des coudes respectifs 48 et 49, et de la soudure 50.
Les tubes souples peuvent être fi- xés au tube, si on le désire, au moyen de pinces à tubes telles que représen- tées sur les fig. 2 à 6.
Les ouvertures 33 et 35 doivent être assez larges pour permet- tre aux tubes de se dilater par la chaleur et de se déplacer légèrement la- téralement. Pour l'étanchéité, les plaques d'ouvertures 39 sont placées au- dessus et les plaques 20 en dessous en s'adaptant avec un jeu teliqu'il permet- te au tube d'être déplacé verticalement à'travers les ouvertures des plaques.
Des grains ou graviers isolants placés au-dessus de ces plaques peuvent com- pléter le joint.
La caisse supérieure 45 est placée sur des briques isolantes 53 portées par une plaque annulaire 54 qui repose sur la poutre 23. Si on le dé- sire, la boîte peut être placée au centre des tubes, de préférence sur la poutre 23. Cependant, pour rendre possible le retrait individuel des tubes 37, la caisse 45 doit être placée sur le côté des emplacements des tubes.
La caisse inférieure 52 peut être placée juste au dessous des tubes 37, mais du fait qu'il est éventuellement avantageux que les tubes ou les ouvertures de tube 35 soient aisément accessibles du dessous, il peut être convenable de placer, comme on le représente, la caisse inférieure également sur le côté de l'emplacement.des tubes- Telle doit être la règle quand, pour quel- que raison, l'échangeur de chaleur doit être placé de manière que les tubes ne puissent être soulevés. Les tubes peuvent alors être enlevés par en des- sous.
Si on désire remplacer un tube, il suffit de le découper, par exemple par un brûleur à gaz, au voisinage des soudures 42 et 50 ou respec- tivement de desserrer les pinces à tubes éventuellement après avoir fermé les vannes ou registres, non représentés, et de soulever le tube hors de l'appareil de chauffage de gaz, car les ouvertures 33 et 35 sont suffisam- ment larges pour permettre ce soulèvement. Les ouvertures ont de préférence une largeur de 2 à 3 mm de plus que les tubes. La couche de grains 18 peut alors servir à empêcher les tubes de se coller à la sole par des cendres agglomérantes. Une couche de cendres agglomérées au sommet de la couche 18 est aisément rompue lorsqu'on soulève le tube.
Les tubes doivent être disposés en une rangée ou anneau, espa- cés les uns des autres, de préférence par des intervalles de 1/2 à 4 diamè- tres de tubes. Les caisses de tête peuvent être construites en compartiments de manière à être facilement assemblées, et, si on le désire, a être enlevées de leurs positions respectivement autour de l'entrée 6 et de la sortie 14 de la chambre d'échange de chaleur.
Suivant des réalisations modifiée's de l'invention, représentées sur les fige 2 et 3, le tube 37 est suspendu respectivement à un ressort 65 ou à un contrepoids 75. Dans la première réalisation, le ressort 65 est ac- croché à une branche 66 fixée au tube par un anneau 67 qui peut être soudé au tube. Le ressort est attaché à un crochet 68 fixé dans la voûte 69. Sui-
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vant l'autre réalisation, la branche 66 est fixée à une extrémité d'un fil 71 qui passe au-dessus d'une poulie 73 montée de manière à pouvoir tourner dans un support 74 de la voûte 69, et porte à son autre extrémité un contre- poids 75. Les tubes flexibles 43 sont raccordés aux tubes par des pinces à tubes 70.
Pour différentes raisons, il peut éventuellement être avanta- geux de faire passer le milieu absorbant la chaleur deux fois à travers la chambre d'échange de chaleur, une fois vers le bas et une fois vers le haut, et dans ce cas, la caisse distributrice aussi bien que la caisse collectrice sont placées au sommet. Sur les figo 4 et 5, trois réalisations de ce systè- me sont représentées.
Suivant la fige 4, on fait passer deux tubes 37 de la manière ordinaire à travers des ouvertures 33 dans la voûte 19 et à travers des ou- vertures 35 dans la sole 17, et'ils sont tous deux suspendus par des an- neaux 38 et des plaques 39. Un des tubes est raccordé 'à la caisse 45 au moyen du tube recourbé rigide 77 fixé au tube au moyen des brides 79. L'au- tre tube est -raccordé à la caisse 52 au moyen du tube souple métallique 47.
Les tubes sont raccordés l'un à l'autre à leurs extrémités inférieures par le tube souple 81. Du fait que la maçonnerie se dilate d'ordinaire diffé- remment du tube coudé 77, on préfère également raccorder le tube à la boî- te à cette extrémité par une conduite flexible.
Comme alternative de la réalisation représentée sur la fig. 4 on peut utiliser un tube en U 83, comme on le représente sur les fige 5 et 6, d'une manière sinon semblable, la courbure en U du tube étant cependant placée de préférence à l'intérieur de la chambre d'échange de chaleur et protégée si on le désire, contre l'action de radiations. L'ouverture dans la voûte doit, du reste, être construite de manière que le tube jumelé puis- se être soulevé à travers elle et dans ce but, une ouverture oblongue 85 est prévue. Entre les tubes, l'ouverture est fermée par un bouchon 87 au cours de la marche de l'appareil.
Quand on emploie des tubes jumelés de ce genre, le plan com- mun des tubes peut être placé radialement par rapport à l'appareil de chauffage de gaz ou suivant un angle plus ou moins grand, par exemple à angles droits par rapport à un plan radial de l'appareil de chauffage de gaz suivant le but à atteindre par l'échange de chaleur. Pour que les conditions soient aussi symétriques que possible, il est préférable que le plan commun coincide sensiblement avec un plan radial.
Dans le but d'obtenir une compensation des dilatations dif- férentes des deux branches, il peut être avantageux de suspendre une bran- che de façon élastique, par exemple suivant un des moyens représentés sur les fig. 2 et 3. Une telle réalisation est représentée sur la fig. 6.
Si le tube doit être nettoyé de suie, il suffit seulement de le soulever à la main ou mécaniquement d'un ou de deux centimètres et de le laisser retomber librement. Certains genres de tubes souples sont, ce- pendant si raides que le tube glisse trop lentement en arrière pour effec- tuer le nettoyage, et, pour cette raison, un ressort de compression 57 peut être prévu comme on le présente sur la fig. 7. Le ressort entoure le tube et s'appuie contre l'anneau 38 fixé au tube et contre l'anneau 58 fixé à la poutre 23, de manière à pousser ainsi le tube vers le bas, au moins lorsqu'il est comprimé, comme c'est le cas lorsque le tube est soulevé au moyen du levier 60, pivotant autour d'un axe 61.
Le levier porte un loquet 62 qui y est fixé sur pivot et qui repose normalement sur un bec 63 de ma- nière que, pendant l'opération de levage, la partie supérieure du loquet vienne au contact d'une saillie 64 fixée de façon rigide au tube. Les por- tions de contact du bras 62,et de la saillie 64 sont proportionnées de telle sorte que, lorsqu'on le soulève par le levier 60, le bras 62 glisse hors de contact de la saillie 64. Le tube est alors libéré et retombe sous l'action du ressort 57 jusqu'à ce que l'anneau 38 bute contre la plaque 39 et provo- que un choc.
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L'invention n'est pas limitée aux réalisations représentées. Ain- si il rentre dans le domaine de l'invention de fixer les tubes directement à la caisse de tête inférieure, qui peut être placée à l'intérieur de la cham- bre, mais qui est de préférence disposée en dessous-de la sole comme les réa- lisations l'indiquente Dans le but d'éviter des efforts de compression dans les tubes, la caisse de tête inférieure doit dans ce cas être librement sus- pendue aux tubes, de manière à ce qu'ils soient soumis seulement à des efforts de traction qu'ils supportent mieux que des tensions de compressiono REVENDICATIONS.
1. Appareil de chauffage de gaz comprenant des caisses de tête distributrices et collectrices raccordées par les tubes de passage du gaz à chauffer, qui sont disposés sensiblement verticalement dans une chambre d'é- change de chaleur ayant une entrée et une sortie pour un gaz de chauffage, ca- ractérisé en ce que les tubes sont raccordés au moins à l'une des extrémités, à la caisse distributrice ou à la caisse collectrice, au moyen d'une conduite flexible, éventuellement d'un tube métallique souple.