FR2512525A1

FR2512525A1 - Submerged-fire-tube water boiler - has combustion gas-to-water contra-flow coil with integral burner

Info

Publication number: FR2512525A1
Application number: FR8117132A
Authority: FR
Inventors: Georges Baeckeroot
Original assignee: Collard A Trolart SA G
Current assignee: Collard A Trolart SA G
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1983-03-11

Abstract

The central heating boiler consists of a reservoir (14) inside which is installed a coil (3). The ends of the coil are brought to the outside of the vessel, being welded to the walls (20,20'). The burner (6) is fitted in the upper connection (4) along with a combustion air fan (10) and fuel supply (8). The lower end (12) of the coil forms a flue for the gases. The heat exchange is contra-flow in that the flow of the hot water is from bottom (16) to top (18). The downward flow in the coil aids the draining of any condensate gases. in the.

Description

Appareil de réchauffaqe d'un liquide à serpentin.Apparatus for reheating a coil liquid.

L'invention concerne les appareils de réchauffage d'un liquide, tels que des chaufe-eau domestiques ou des chaudières de chauffage central. The invention relates to apparatus for heating a liquid, such as domestic water heaters or central heating boilers.

Les appareils connus de ce genre comportent essentiellement un tube-foyer, avec un bruleur à l'un de ses extrémités, qui est entouré, au moins en partie, par une enceinte de chauffage parcourue par le liquide à réchauffer et qui est relié à un ou plusieurs tubes de fumée assurant l'évacuation des produits de combustion hors du tube-foyer. Known apparatuses of this kind essentially comprise a hearth tube, with a burner at one of its ends, which is surrounded, at least in part, by a heating enclosure traversed by the liquid to be heated and which is connected to a or several smoke tubes ensuring the evacuation of the products of combustion out of the hearth tube.

Pour obtenir un meilleur échange thermique et un meilleur refroidissement des fumées, il a été proposé, par exemple dans le brevet français 2 244 140 ou dans le brevet belge 659 320, de former le tube-foyer par une chambre tubulaire à axe vertical dont l'extrémité supérieure, opposée à l'extrémité où est disposé le brûleur, est fermée par un fond, et de constituer le tube de fumée par un serpentin dont l'entrée est branchée sur ladite extrémité supérieure du tube-foyer et qui est enroulé en hélice, en spires descendantes, autour du tube-foyer, la sortie du tube de fumée en serpentin étant en communication avec l'atmosphère. Le tube-foyer et le tube de fumée sont entourés, au moins en partie, par une enceinte parcourue par le liquide à réchauffer.Généralement, l'arrivée du liquide froid est faite par le bas de ladite enceinte et la sortie par le haut, pour réaliser un échange à contre-courant entre le liquide et les gaz de combustion circulant dans le serpentin. To obtain better heat exchange and better cooling of the fumes, it has been proposed, for example in French patent 2,244,140 or in Belgian patent 659,320, to form the hearth tube by a tubular chamber with a vertical axis, the l 'upper end, opposite the end where the burner is arranged, is closed by a bottom, and to constitute the smoke tube by a coil whose inlet is connected to said upper end of the hearth tube and which is wound in helix, in descending turns, around the hearth tube, the outlet of the serpentine smoke tube being in communication with the atmosphere. The hearth tube and the smoke tube are surrounded, at least in part, by an enclosure traversed by the liquid to be heated. Generally, the cold liquid arrives from the bottom of said enclosure and the outlet from above, to perform a counter-current exchange between the liquid and the combustion gases flowing in the coil.

Il a été proposé également, pour améliorer encore le rendement, de constituer le serpentin formait tube de fumée par deux tronçons de serpentin montés en parallèle, notamment deux tronçons de serpentin imbriqués. It has also been proposed, to further improve the yield, to constitute the coil forming a smoke tube by two sections of coil mounted in parallel, in particular two sections of nested coil.

Une telle disposition a été décrite dans la demande de brevet français nO 80 07416 déposée le 2 avril 1980 au nom de la demanderesse. Such an arrangement has been described in French patent application no. 80 07416 filed on April 2, 1980 in the name of the applicant.

Si ces appareils, à tube de fumée en serpentin, ont un rendement thermique amélioré, ils présentent cependant l'inconvénient d'une construction relativement compliquée nécessitant des raccordements étanches des divers constituants, notamment entre le tube-foyer et le tube de fumée. D'autre part,si l'échange thermique se fait à contre-courant vis-à-vis du serpentin tube de fumée, il n'en est pas de même vis à vis du tubefoyer, ce qui limite le rendement
L'invention a pour but, dans un appareil de chauffage du type précité, de remédier à ces inconvénients, notamment grâce à une construction beaucoup plus simple et grâce à l'obtention d'un rendement thermique encore amélioré.If these devices, with a serpentine smoke tube, have an improved thermal efficiency, they nevertheless have the drawback of a relatively complicated construction requiring tight connections of the various constituents, in particular between the hearth tube and the smoke tube. On the other hand, if the heat exchange takes place against the current with respect to the smoke tube coil, it is not the same with respect to the tube hearth, which limits the efficiency.
The object of the invention is, in a heating device of the aforementioned type, to remedy these drawbacks, in particular by virtue of a much simpler construction and by virtue of obtaining a further improved thermal efficiency.

L'invention a pour but un appareil de chauffage dans lequel le tube foyer et le tube de fumée sont disposés dans le prolongement l'un de l'autre et constituent un tube unique dont au moins la majeure partie forme un serpentin enroulé en hélice. Le brûleur est monté dans ledit tube unique en serpentin, à l'une des extrémités de celui-ci. Dans cet appareil de chauffage, l'extrémité opposée dudit tube unique est en comunication avec l'atmosphère pour l'évacuation des produits de combustion et ledit tube unique enroulé en serpentin est entouré par une enceinte parcourue par le liquide à réchauffer. The object of the invention is a heating device in which the hearth tube and the smoke tube are arranged in the extension of one another and constitute a single tube, at least the major part of which forms a coil wound in a helix. The burner is mounted in said single serpentine tube, at one end of the latter. In this heating device, the opposite end of said single tube is in communication with the atmosphere for the evacuation of combustion products and said single tube wound in a serpentine is surrounded by an enclosure traversed by the liquid to be heated.

Suivant une forme de réalisation, le tube foyer et le tube de fumée sont constitués par un tube d'une seule pièce ayant une section constante sur toute sa longueur. According to one embodiment, the hearth tube and the smoke tube are constituted by a one-piece tube having a constant section over its entire length.

Suivant une autre forme de réalisation, la partie d'extrémité du tube qui forme le tube foyer et dans laquelle est logé le brûleur a une section plus grande que le reste du tube, qui forme le tube de fumée enroulé en serpentin. According to another embodiment, the end part of the tube which forms the hearth tube and in which the burner is housed has a larger section than the rest of the tube, which forms the smoke tube wound in a serpentine shape.

De préférence, ce tube unique est enroulé en hélice à axe vertical à spires descendantes, le brûleur étant disposé dans l'extrémité supérieure du tube, et le liquide à réchauffer circulant du bas vers le haut de l'appareil dans l'enceinte précitée qui entoure le tube enroulé en serpentin. Preferably, this single tube is wound in a helix with a vertical axis with descending turns, the burner being arranged in the upper end of the tube, and the liquid to be heated circulating from the bottom to the top of the device in the aforementioned enclosure which surrounds the serpentine coiled tube.

L'échange thermique se fait donc en totalité à contre-courant et non pas seulement partiellement, comme c'était le cas dans les appareils connus.The heat exchange therefore takes place entirely against the current and not only partially, as was the case in known devices.

Dans un appareil conforme à l'invention, l'enceinte qui entoure le serpentin et dans laquelle circule le liquide à réchauffer, peut être constituée par une enveloppe entourant tout le volume extérieur du serpentin, ou bien, elle peut être constituée par une chemise tubulaire qui entoure le serpentin et qui est enroulée en hélice comme lui, le liquide à réchauffer circulant dans l'intervalle annulaire compris entre le tube et-la chemise. In an apparatus according to the invention, the enclosure which surrounds the coil and in which the liquid to be heated circulates, may consist of an envelope surrounding the entire external volume of the coil, or else, it may consist of a tubular jacket which surrounds the coil and which is wound in a helix like it, the liquid to be heated circulating in the annular interval comprised between the tube and the jacket.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va su-ivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, divers modes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins
La figure 1 est une vue en élévation et partiellement en coupe verticale d'un appareil suivant l'invention ;
La figure 2 est une vue transversale du même appareil
La figure 3 est une vue en élévation d'une variante de l'appareil suivant l'invention
La figure 4 est une vue transversale du même appareil
La figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne
V-V de la figure 4
La figure 6 est une vue transversale d'un autre mode de réalisation de l'invention.The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and on examining the appended drawings which represent, by way of nonlimiting example, various embodiments of the invention. On these drawings
Figure 1 is an elevational view partially in vertical section of an apparatus according to the invention;
Figure 2 is a cross-sectional view of the same device
Figure 3 is an elevational view of a variant of the apparatus according to the invention
Figure 4 is a cross-sectional view of the same device
Figure 5 is a sectional view along the line
VV of figure 4
Figure 6 is a cross-sectional view of another embodiment of the invention.

L'appareil représenté sur les figures 1 et 2 comprend un tube 2, d'une seule pièce, de section constante, enroulé pour former un serpentin 3. Dans ltextrémité supérieure 4 du tube 2 est monté un brûleur 6 ayant une arrivée de combustible 8, par exemple du gaz et des entrées d'air 10. The apparatus shown in Figures 1 and 2 comprises a tube 2, in one piece, of constant section, wound to form a coil 3. In the upper end 4 of the tube 2 is mounted a burner 6 having a fuel inlet 8 , for example gas and air inlets 10.

L'extrémité opposée 12 du tube 2 débouche à l'atmosphère pour l'évacuation des produits de combustion. Le serpentin 3 est immergé dans un réservoir 14 comportant une arrivée d'eau froide (ou d'eau à réchauffer) 16 et un départ d'eau chaude 18, respectivement aux parties inférieure et supérieure. The opposite end 12 of the tube 2 opens into the atmosphere for the evacuation of the combustion products. The coil 3 is immersed in a tank 14 comprising a cold water inlet (or water to be heated) 16 and a hot water outlet 18, respectively at the lower and upper parts.

Les extrémités 4 et 12 du tube 2 sortent du réservoir 14 par des passages étanches 20-20'. The ends 4 and 12 of the tube 2 exit from the reservoir 14 by sealed passages 20-20 '.

De préférence, la portion terminale supérieure 4 du tube 2 est sensiblement rectiligne et c'est à l'extrémité de cette portion qu'est monté le brûleur 6, lequel est avantageusement du type "torche"
On voit donc que la partie 4 du tube, formant le tubefoyer, et la partie 3 du tube, formant le tube de fumée, sont disposées directement dans le prolongement l'une de l'autre. I1 en résulte que la construction de 11 appareil est extrêmement simple puisque le tube 2 enroulé en serpentin constitue à lui tout seul le tube foyer, ou chambre de combustion du brûleur, et le tube de fumée.Preferably, the upper terminal portion 4 of the tube 2 is substantially rectilinear and it is at the end of this portion that the burner 6 is mounted, which is advantageously of the "torch" type
It can therefore be seen that part 4 of the tube, forming the tube hearth, and part 3 of the tube, forming the smoke tube, are arranged directly in the extension of one another. As a result, the construction of the apparatus is extremely simple since the tube 2 wound in a serpentine form by itself constitutes the hearth tube, or combustion chamber of the burner, and the smoke tube.

On voit également sur la figure 1 que l'échange thermique se fait entièrement à contre-courant, ce qui n'était pas le cas avec un tube-foyer et un tube de fumée distincts non situés dans le prolongement l'un de l'autre. It can also be seen in FIG. 1 that the heat exchange takes place entirely against the current, which was not the case with a separate hearth tube and a smoke tube not located in the extension of one of the other.

Enfin, le serpentin à spires descendantes favorise la condensation des produits de combustion. Finally, the coil with descending turns promotes the condensation of combustion products.

Le tube unique peut avoir un diamètre intérieur de l'ordre de 40 à 60 mm pour les appareils à application domestique. The single tube can have an internal diameter of the order of 40 to 60 mm for appliances for domestic application.

Dans la variante représentée sur les figures 3,- 4,5, l'appareil comprend encore un tube 2, de section constante, formant tube-foyer et tube de fumée, qui est enroulé en serpentin à spires descendantes avec le brûleur 6 disposé dans sa portion terminale supérieure rectiligne
Dans cette variante, l'enceinte entourant le tube 2 et dans laquelle circule le liquide à réchauffer est constituée par une chemise tubulaire 22, concentrique au tube 2 et enroulée comme lui en serpentin. L'eau à réchauffer circule dans le volume constitué par l'intervalle annulaire 24 compris entre le tube 2 et la chemise 22. Une arrivée d'eau froide 16' et un départ d'eau chaude 18' sont prévues aux extrémités de la chemise 22. La chemise peut avoir un diamètre tel que l'intervalle 24 ait environ 3 à 6 mm, pour la circulation de l'eau à réchauffer.In the variant shown in Figures 3, - 4,5, the apparatus also comprises a tube 2, of constant section, forming hearth tube and smoke tube, which is wound in a serpentine with descending turns with the burner 6 arranged in its rectilinear upper terminal portion
In this variant, the enclosure surrounding the tube 2 and in which the liquid to be heated circulates is constituted by a tubular jacket 22, concentric with the tube 2 and wound like it in a serpentine. The water to be heated circulates in the volume constituted by the annular gap 24 between the tube 2 and the jacket 22. A cold water inlet 16 'and a hot water outlet 18' are provided at the ends of the jacket 22. The jacket can have a diameter such that the interval 24 is approximately 3 to 6 mm, for the circulation of the water to be heated.

Suivant cette variante, le serpentin est simplement logé dans une enveloppe ou carosserie 26 qui sert seulement d'habillage. According to this variant, the coil is simply housed in an envelope or body 26 which only serves as a covering.

Au voisinage des extrémités 4 et 12 du serpentin, des soudures 28-28' réunissent la chemise extérieure 22 au tube intérieur 2, pour fermer le volume intérieur compris dans l'intervalle annulaire 24. In the vicinity of the ends 4 and 12 of the coil, welds 28-28 ′ join the outer jacket 22 to the inner tube 2, to close the interior volume included in the annular gap 24.

La variante représentée en coupe transversale sur la figure 6 concerne un appareil de chauffage analogue à celui représenté sur les figures 1 et 2. The variant shown in cross section in Figure 6 relates to a heating device similar to that shown in Figures 1 and 2.

Suivant cette variante, la partie 4' du tube qui renferme le bradeur a une section plus grande que la section du reste du serpentin 3 formant le tube de fumée. Gracie à cette disposition, la flamme du brûleur, guidée par le flux d'air secondaire, peut se développer plus largement sans venir toucher la paroi du serpentin, ce qui évite le risque d'une combustion incomplète et de formation d'oxyde de carbone, Cette disposition, ménageant une section de passage plus importante de l'air autour du nez du mélangeur du brt- leur, peut permettre de faire pénétrer ce mélangeur dans la partie 4' de telle façon que la flamme ne se développe que dans une partie du serpentin qui soit immergée dans la capacité 14. According to this variant, the part 4 'of the tube which encloses the bradeur has a larger section than the section of the rest of the coil 3 forming the smoke tube. Thanks to this arrangement, the burner flame, guided by the secondary air flow, can develop more widely without touching the wall of the coil, which avoids the risk of incomplete combustion and carbon monoxide formation , This arrangement, providing a larger passage section of the air around the nose of the burner mixer, can allow this mixer to penetrate into part 4 'so that the flame only develops in one part. of the coil which is immersed in capacity 14.

Bien entendu, l'élargissement de section du tube dans la partie renfermant le brûleur peut avoir une forme différente de celle représentée sur la figure 6 mais, dans tous les cas, la partie du tube formant le tube de fumée se trouve toujours directement dans le prolongement de la partie formant le tube-foyer, si bien que les gaz de combustion parcourent toujours un trajét direct, sans changement de direction brusque, comme cela était le cas jusqu'à présent avec les appareils où le tube-foyer et le tube de fumée étaient distincts. Of course, the widening of the section of the tube in the part containing the burner may have a shape different from that shown in FIG. 6 but, in all cases, the part of the tube forming the smoke tube is always located directly in the extension of the part forming the hearth pipe, so that the combustion gases always pass through a direct path, without abrupt change of direction, as was the case hitherto with the apparatuses where the hearth pipe and the smoke were separate.

Suivant une autre variante et en vue d'améliorer encore l'échange de chaleur, la partie basse 30 du serpentin, dans laquelle les produits de combustion sont les plus froids, peut avoir une section plus réduite que la partie centrale 3 du serpentin. Ceci permet de maintenir une vitesse d'écoulement linéaire importante qui est favorable à l'obtention d'un bon coefficient d'échange surfacique. According to another variant and with a view to further improving the heat exchange, the lower part 30 of the coil, in which the combustion products are the coldest, may have a smaller section than the central part 3 of the coil. This makes it possible to maintain a high linear flow speed which is favorable for obtaining a good surface exchange coefficient.

On a décrit dans ce qui précède des appareils de réchauffage d'un liquide dans lesquels on utilise un serpentin unique faisant office à la fois de tube-foyer et de tube de fumée. Mais il est bien entendu que, dans un réservoir commun analogue au réservoir 14 des figures 1, 2 et 6, on peut monter plusieurs serpentins en parallèle, chaque serpentin étant équipé de son brûleur. Apparatus for heating a liquid has been described in the foregoing, in which a single coil is used which acts both as a hearth tube and a smoke tube. But it is understood that, in a common tank similar to the tank 14 of Figures 1, 2 and 6, it is possible to mount several coils in parallel, each coil being equipped with its burner.

Une telle disposition peut etre avantageuse, notamment pour des appareils de forte capacité, car elle évite d'utiliser un seul serpentin'de gros diamètre qui nécessiterait un outillage de cintrage important donc coûteux et qui conduirait à adopter un diamètre d'enroulement important conduisant à un encombrement qui pourrait être excessif. Such an arrangement can be advantageous, in particular for high-capacity devices, because it avoids using a single serpentine of large diameter which would require a large bending tool therefore costly and which would lead to adopt a large winding diameter leading to congestion which could be excessive.

Au contraire, avec des serpendints montés en parallèle, la section de chacun d' eux est plus réduite et l'enroulement du serpentin est plus facile et moinsencombrant.On the contrary, with serpendints mounted in parallel, the section of each of them is reduced and the winding of the coil is easier and less bulky.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. Of course, the invention is in no way limited to the embodiments described and shown, it is capable of numerous variants accessible to a person skilled in the art, depending on the applications envisaged and without departing from this spirit. of the invention.

Claims

1 1 - Apparatus for reheating a liquid, such as a domestic water heater or a central heating boiler, of the type which comprises a hearth tube, with a burner at one of its ends, and the the other end is connected to at least one smoke tube constituted by a coil wound in a helix, the assembly constituted by the hearth tube and by the smoke tube being surrounded, at least in part, by an enclosure through which the liquid to be heating, said apparatus being characterized: in that the hearth tube and the smoke tube are arranged directly in the extension of one another and constitute a single tube (2) of which at least the major part forms a coil ( 3) wound in a helix; in that the burner (6) is mounted in said single serpentine tube, at one of the ends (4) thereof; in that the opposite end (12) of said single tube is in communication with the atmosphere for the evacuation of combustion products; in that said single tube wound in a coil is surrounded by an enclosure (14) traversed by the liquid to be heated.

2 - A heating device according to claim 1, characterized in that said single tube (2), forming both hearth tube and smoke tube, is wound in a helix with vertical axis with descending turns; in that the aforesaid burner (6) is disposed in the upper end (4) of said tube; and in that the liquid to be heated circulates from the bottom to the top of the device in the aforementioned enclosure (14).

3 - Apparatus according to one of claims 1 or 2, characterized in that the aforementioned single tube is wound in a serpentine over almost its entire length, with the exception of a portion in the vicinity of at least one of its ends (4) which is substantially straight over a short length, said burner (6) being arranged at the end of said substantially straight portion.

4 - Apparatus according to any one of the preceding claims characterized in that the single tube, forming both hearth tube and smoke tube, is a tube of constant section over its entire length.

5 - Apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the single tube has a larger section, - in the vicinity of its end in which the burner is mounted, than in most of said tube wound in a serpentine forming a smoke tube.

6 - Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the single tube has a narrower section in the end turns near the end in communication with the atmosphere.

7 - Apparatus according to one of claims 1 to 6, characterized: in that the enclosure surrounding the single tube (2) wound in a serpentine is an envelope forming a reservoir (14); in that said envelope comprises a cold water inlet (16) at the bottom and a hot water outlet (18) at the top; and in that the upper (4) and lower (12) ends of the serpentine-wound tube protrude outside said envelope.

8 - Apparatus according to one of claims 1 to 6, characterized: in that the enclosure surrounding the single tube wound in a serpentine consists of a tubular jacket (22) concentric with said tube (2) and wound in a spiral, the annular gap (24) between the outer surface of the tube and the inner surface of the jacket forming a heating volume in which the liquid to be heated circulates; and in that said jacket is provided at its lower end with a cold water inlet (16 ') and at its upper end with a hot water outlet (18')

9 - Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of serpentine tubes in parallel, each of said tubes comprising a burner at one of its ends.