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"CONDENSEUR De VAPEUR".
Cette invention a trait aux condenseurs de vapeur, et plus particulièrement aux condenseurs à surfaces.
Dans une.installation employant des condenseurs de vapeur, le rendement constitue le facteur principal. Les con- denseurs de vapeursont employés dans le but de réduire au mi- nimum la contrepression à l'appareil utilisant de la vapeur, de telle sorte qu'on utilise une fraction plus grande de la quantité de chaleur produite par le combustibleo Les conden- seurs à surface sont spécialement agencés en vue de leur em- ploi là où l'eau dont on dispose pour l'alimentation des chau- dières est limitée, ce qui rend désirable de réutiliser le condensat comme eaud'alimentation. Le problème à résoudre
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dans les condenseurs de ce genre est d'économiser et ramener aux chaudières le plus de chaleur possible.
Le facteur qui nuit le plus au fonctionnement, er ficace d'un condenseur est la présence d'air et de gaz non condensable dans le condenseur. Sans cet air un condenseur produirait un vide presque parfait, toutes les parties du condenseur fonctionneraient efficacement, et le condensat se- rait fourni à une température correspondant à la pression ré- gnant dans le condenseur et à la température de l'eau de re- froidissement.
Pour augmenter convenablement le rendement du conden- seur, il faut par conséquent que les fuites d'air et les gaz non condensables soient éliminés de l'élément de condensation de vapeur principal du condenseur avec le minimum de dépense en force motrice, et par conséquent en chaleur, et ceci consti- tue l'objet principal de l'invention.
Dans la mise en pratique de cette invention, l'air est contracté ou réduit à un volume aussi petit que cela est pratiquement possible par l'élimination de la vapeur condensa- ble et l'abaissement de sa température. Cette opération per- met d'employer un appareil de raréfaction de capacité de travail relativement faible, ce qui constitue un premier échelon dans l'économie de la chaleur, étant donné que, directement ou in- directement,'cet appareil consomme de la chaleur-
La condensation peut être décomposée en deux opé- rations liées étroitement, savoir la condensation de la majeu- re partie de la vapeur à une température pratiquement constan- te et l'élimination de la vapeur que renferme l'air qui doit être enlevé du système, accompagnée du refroidissement de cet air.
Dans la première opération, le rapport entre l'air et la vapeur est relativement petit et, en raison du grand nom- bre de calories que renferme la vapeur, l'absorption de cha- leur par une surface refroidissante est relativement simpleb
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Toutefois, un appareil permettant de réaliser efficacement cette absorption ne convient pas aussi bien pour, dans les mêmes conditions, éliminer efficacement la vapeur de l'air et
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du gaz non cn3n,ahlo. on H1rd (]ce L'ànargir on ro Foulant l'eau à travers des tubes à une vitesse élevée telle que celle qui est nécessaire pour enlever la chaleur absorbée pour con- denser la vapeur, alors qu'une faible vitesse d'eau suffit pour enlever la chaleur absorbée pour éliminer la vapeur que ren- ferme l'air.
Si les deux opérations ont lieu ensemble, elles se nuisent mutuellement et la surface de refroidissement
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cinpruntr-- uu condensât, do .La ctiaLcur ,",-u1 doLL lui Stre resti- tuée avant de ramener ce condensat à la chaudière, ce qui dé- termine une perte de chaleur.
Dans l'appareil suivant l'invention, la condensa- tion de la vapeur est réalisée dans une chambre ou condenseur principal ayant une capacité de vapeur élevée et une vitesse d'eau élevée pour enlever la chaleur absorbée, et l'air et les gaz incondensables passent à l'état chaud à un réfrigérant ou éliminateur de vapeur distinct dont la capacité de condensa- tion et la vitesse d'eau de condensation sont relativement faibles, ce qui est la condition essentielle pour l'élimina- tion de la vapeur.
Le fait de retirer l'air à l'état chaud du conden- seur principal implique que de la vapeur chaude pénètre dans le faisceau tubulaire réfrigérant du condenseur principal dans toutes les parties, car si la vapeur ne pénétrait que dans les partes les plus chaudes du faisceau, l'air refroidi diminue- rait la température de l'eau plus chaude dans une mesure telle que le condensat serait refroidi en pure perte. La condition idéale est réalisée lorsque la vapeur ne pénètre dans toutes
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les parties du condenseur 1-,a,i.nGilwl quoi jusqu'à 1a <1o'nibro rangée de tubes réfrigérants. Un appareil assurant une telle
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pénétration de la vapeur dans la pratique fait l'objet du brevet déposé aux Etats-Unis sous le N 1.550.332 en date du 18 août 1925.
L'invention envisage aussi l'application d'un appa- reil de raréfaction à éjecteurs de vapeur et la récupération de la chaleur employée par cet appareil pour réchauffer le condensat.
D'autres buts et avantages seront mis en évidence ou expliqués au cours de la description donnée ci-après en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Fig. 1 représente en élévation un appareil de con- densation de vapeur construit suivant l'invention, une par- tie du condenseur proprement dit étant représentée en coupe pour montrer les orifices d'échappement du condensat et de l'air ; l'éliminateur de vapeur, le réfrigérant et les conden- seurs auxiliaires étant représentés en perspective.
Fig. 2 est une vue perspective de l'éliminateur de vapeur, du réfrigérant et des condenseurs auxiliaires dans la- quelle les collecteurs d'eau et les couvercles occupent des positions légèrement écartées de leurs positions de travail et dans laquelle certaines pièces sont brisées pour représen- ter la disposition interne.
Fig. 3 est une coupe horizontale du premier conden- seur auxiliaire et montre la disposition des cloisons.
Dans ces dessins, désigne un condenseur principal dont l'enveloppe B renferme des tubes à eau réfrigérants Ç préférablement disposés transversalement par rapport au chemin parcouru par la vapeur à condenser et recevant l'eau d'une source convenable (non représentée), cette eau étant délivrée à un conduit d'échappement (non représenté). La vapeur à con- denser pénètre dans l'enveloppe B par un orifice d'admission D, passe autour des tubes C et se meut vers la zone de vide maximum située près de l'orifice d'échappement d'ari E. Le
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condensat est retiré du condenseur par une tubulure d'échap- pement convenable F.
La disposition des pièces dans le condenseur prin- cipal A est telle que toute la surface réfrigérante consti- tuée par les tubes C est employée activement pour condenser la vapeur, c'est-à-dire que la condensation n'est accompagnée. d'aucun changement important de la température. Les tubes réfrigérants C absorbent uniquement la chaleur de vaporisa- tion, le condensat, l'air et les vapeurs résiduelles restant à une température qui correspond sensiblement à la pression
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reliant dans l'onvgloppo p. A Gnt, offat, la vitnonq da l'ouu dans les tubes C est en tous les points relativement élevée en comparaison avec le condenseur habituel dans lequel certai- nes zones sont prévues pour refroidir l'air et en éliminer la vapeur.
Le présent condenseur se distingue des conden- seurs antérieurs en ce sens que la majeure partie de l'élimi- na'tion de la vapeur que renferme l'air est une opération com- plètemont distincte.
La raison pour laquelle on maintient une température relativement élevée est que, si le condensat est refroidi, il faut que sa chaleur ait été absorbée par l'eau passant dans les tubes C. Cette chaleur perdue représente une perte d'é- nergie, parce que le condensat doit être réchauffé pour pou- voir être employé en vue de l'alimentation des chaudières et qu'il faut aussi refouler de l'eau de refroidissement dans les tubes Ç, en dépensant de la force motrice qui n'effectue aucun travail utile.
Toutefois, il n'est pas désirable qu'une quantité re- lativement grande de vapeur vive soit retirée de l'orifice E, étant donné que, dans ce cas, l'appareil prévu pour retirer l'air résiduel doit posséder une grande capacité. A cet effet, il est préférable que le condenseur principal A soit établi comme décrit dans le brevet précité dans lequel on a représen-
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té une construction agencée pour distribuer la vapeur à tou- tes les parties du condenseur en quantités proportionnelles à la capacité spécifique de condensation de vapeur desdites parties.
Comme le degré de vide qu'il est possible d'obtenir dans le condenseur principal A dépend entièrement de la vi- tesse à laquelle l'air et les vapeurs non condensables que renferme le condenseur principal peuvent être évacués, il est désirable de traiter cet air et ces vapeurs de façon à les réduire à un volume aussi faible que celui qui est pra- tiquement possible, afin que l'appareil d'évacuation possède de faibles dimensions et exige par conséquent moins de force motriceo .L'appareil prévu pour éliminer la vapeur que ren- ferme l'air retiré du condenseur principal A et refroidir cet air comprend une structure unitaire, composée d'un élimi- nateur de vapeur à réfrigération et d'un premier.condenseur auxiliaire, appelé ci-après "inter-condenseur", et un second condenseur auxiliaire appelé ci-après "post-condenseur",
le tout étant logé dans une seule enveloppe [ munie de collec- tours d'eau H et J survit: à diriger le conuantd'eau réfri- gérante de façon qu'il passe à l'intérieur de faisceaux tu- bulaires K, L, O, P, Q, R, Set T montés hermétiquement dans des plaques à tubes Il et V et dans les extrémités de l'enve- loppe G.
Le réfrigérant-éliminateur de vapeur comprend les faisceaux tubulaires K, L et Q et est séparé de l'inter-conden- seur par une cloison verticale W. La quantité de chaleur qui doit être emprùntée à l'air et à la vapeur pour abaisser la température à celle de l'eau réfrigérante est relativement faible. Par conséquent, les faisceaux tubulaires K, L et 0¯ sont reliés en série de façon à constituer trois passages pour l'eau réfrigérante avant de sortir de ce réfrigérant-élimina-
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teur de vapeur. A cet effet le collecteur H est muni d'une
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GÜJl1tddlÓn de eau X' qui pénétra chmo uno chambre abcuti:cnt au faisceau tubulaire Q.
Les tubes O débouchent dans une
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chambre X. du collecteur ) laquelle cimmbre ramène cette eau au faisceau L, d'où l'eau passe à la chambre du collecteur H, -revient par le faisceau 5 à la charnbre b du collecteur sI. et s'échappe finalement par l'orifice d'échappement d. En raison de la longueur du chemin parcouru par l'eau passant successivement dans les faisceaux o, L et K, et du petit diamètre des tubes, la vitesse de l'eau réfrigérante est fai- ble en comparaison avec la vitesse de l'eau passant dans les tubes C du condenseur principal A. Une faible vitesse de l'eau dans l'éliminateur de vapeur est importante parce qu'elle réalise une économie dans la quantité de force motri- ce utilisée pour le pompage.
Pour maintenir l'air et la, vapeur aussi longtemps que possible enontact avec la surface tubulaire réfrigérante tout en maintenant la vitesse de l'air, le chemin parcouru par l'air est composé aussi de plusieurs passages. Dans le présent exemple, on a prévu trois passages pour l'air, grâce à des cloisons longitudinales et f disposées entre les fais- ceaux à et L et les faisceaux et Q,, respectivemento *La cloison e touche la plaque à tubes U mais ne touche pas la plaque à tubes V. De même, la cloison f touche la plaque V, mais ne touche pas la plaque U.
L'air et la vapeur pénétrant dans le réfrigérant-éliminateur de vapeur passent par consé- quent à une vitesse relativement élevée, accompagnée d'une agitation correspondante, dans les faisceaux tubulaires K, L et Q en successionet sont éjectés, aux orifices d'échappement h., par un appareil éjecteur convenable comprenant, par exemple, plusieurs tuyères à vapeur tellesue celle représentée en j.
Les conditions contrastantes qui règnent dans le con-
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denseur principal A et l'éliminateur de vapeur sont importan- tes à noter dans la réalisation des fonctions respectives de ces organes dans l'appareil suivant l'invention. Dans le condenseur de vapeur, la quantité de chaleur qui doit être absorbée est grande et le problème à résoudre consiste à pré- senter l'eau réfrigérante de telle manière que l'eau puisse absorber rapidement la chaleur et être évacuée rapidement.
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Dans l'éliminateur de vapeur, le problème "es L très tlln'él-01l car la quantité de chaleur à absorber est relativement faible et il est nécessaire d'évacuer l'air rapidement pour maintenir un vide élevé. Il est évident que les problèmes demandent des appareils différents pour leur résolution et que le con- denseur de vapeur n'est pas approprié aux deux fonctions.
Grâce à la disposition des passages à air et des passages à eau, l'eau et l'air sont contraints à se mouvoir dans des sens opposés; de cette façon, l'air se débarrasse graduellement de la vapeur qu'il contient et est éjecté hors - des orifices h à une température qui est approximativement cel- le de l'eau réfrigérante, et par conséquent sous un volume minimums La capacité de travail des éjecteurs j et la quanti- té de vapeur qu'ils utilisent sont par conséquent minimumo
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Lou Ujuc,uttra î compriment l'air do l'oliminatcur de vapeur jusqu'à une pression qui se rapproche de la pression atmosphérique et le transfèrent à l'inter-condenseur disposé dans l'enveloppe S entre des parois horizontales W et K,
ce condenseur auxiliaire comprenant les faisceaux tubulaires R S et T. Dans cet inter-condenseur, la température du mé- lange de l'air et de la vapeur sortant des éjecteurs j est élevée, et lu chaleur cat cmployée pour lever la tempéraure du condensat sortant du condenseur principal A. L'objet principal de cet appareil est par conséquent de récupérer la chaleur employée par les éjecteurs de vapeur 1. A cet,,,effet, le condensat est admis au collecteur H par un conduit p et
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passe par une chambre p' et le faisceau R à une chambre de
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ratour a du 4o11ocour ,7. Lo (-,oncloripit IIQ-Viont 4q la nhMmbTQ q, par le faisceau ±, à une chambre r du collecteur H.
Le chemin parcouru par l'air dans l'inter-condenseur comprend trois passages, cet air pénétrant par les éjecteurs 1 aux orifices s, passant le long du faisceau p, puis autour de l'extrémité d'une cloison verticale t, arrivant au faisceau
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Q.., puis pahsunt do ce f;d.sceuu au faisceau 11 et à l'orifice d'échappement u.
Le dernier faisceau R est refroidi par de l'eau réfrigérante brute pour réduire l'air à son volume minimum avant d'effectuer son éjection par un appareil de raréfaction convenable tel que des éjecteurs de vapeur secondaire u' dé- bouchant dans le post-condenseur par des orifices d'admission v. A cet effet, le couvercle w du collecteur H est muni d'un by-pass x dont le rôle est de permettre à l'eau réfrigérante brute de passer de la chambre X à une chambre inférieure y adjacente au faisceau R¯. L'eau sortant du faisceau R pénè- tre dans une chambre z du collecteur ±, laquelle chambre est reliée à la chambre Y par un by-pass 2 ménagé dans le cou- vercle 3 du collecteur J.
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Le pcs t-um iQc;tmour èÜ/l1pl'tJud lu pUl't.tc:: de 1'unvalappa G comprise entre la cloison horizontale et la paroi inférieu- re et les faisceaux S et T, son rôle étant de récupérer la chaleur de la vapeur employée pour éjecter l'air hors de l'in- ter-condenseur. La pression existant dans le post-condenseur est un peu supérieure à la pression atmosphérique en raison de la faible résistance offerte par l'air dans son passage vers l'orifice d'échappement. 4.
La température du mélange d"air et de vapeur pénétrant par l'orifice d'admission v est par consé- quent élevée et constitue un agent propre à chauffer le conden- sato A cet effet, après avoir traversé l'inter-condenseur,
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le oondenBut' pénètre duno lu P08'1:,-con<1oncour on pannunt do la chambre r dans le faisceau qui le transfèreà la chambre de retour 5. du collecteur opposé J. Le condensat passe en- suite de la chambre 5 par' le faisceau T à la chambre d'é- chappement de condensat 6 dù collecteur H, puis passe par un orifice d'échappement y à tout appareil convenable (non re- présenté) servant à ramener le condensat à la chaudière (non représentée),.
Le courant d'air traversant le post-condenseur se meut en sens inverse du condensat: L'air pénétrant par les orifices d'admission v est destiné à entrer en contact d'abord avec le premier faisceau T et finalement avec le faisceau S, d'où il passe à l'orifice d'échappement 4.
La compression graduelle de l'air de la valeur mini- mum qu'il possède aux éjecteurs de vapeur 1 à la pression at- mosphérique qui est celle qui règne à l'orifice d'échappement 4, effectuée en deux échelons, permet de récupérer le condensat du premier échelon constitué par l'inter-condenseur. Ce con- densat est retiréde l'inter-condenseur par un orifice d'échap- pement 8¯ par l'intermédiaire d'un système de tuyaux 9 ayant la formel.'un U.
De¯même, le condensat du réfrigérant-éliminateur de vapeur est préférablement retiré de cet appareil par un con- duit d'échappement 1Q relié à un tuyau 11 qui débouche dans le tuyau 9.
Pendant le fonctionnement normal, les colonnes ver- ticales des tuyaux 9 et 11 renferment le condensat à des ni-
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veaux corrospondunt à la diffurancc du Pl1(HJoion rugntmt <1u110 l'inter-condenseur et dans l'éliminateur de vapeur. De pré- férence, le tuyau 9 aboutit à une partie de l'enveloppe B voisine de'l'orifice d'échappement de condensat F.