<EMI ID=1.1>
ACCELERE"
Dans les appareils échangeurs de température, l'échange
thermique est d'autant plus actif que l'écart entre "T" (température de l'élément chauffant) et "t" (température de l'élément à chauffer)est grand (loi de l'équilibre des températures). En outre, un tel échange thermique est fonction de la vitesse de ces deux éléments ( Vv).
D'autre part, la vitesse de circulation du fluide à
chauffer est proportionnelle à la différence des densités
existant dans la colonne montante et la colonne descendante.
Il est connu d'augmenter l'écart entre T et t, ainsi que
d'accélérer la vitesse du. fluide à chauffer, par l'application du paradoxe hydrostatique, suivant lequel la densité moyenne
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du liquide .... face de chauffe, d'où la vitesse/se trouve déterminée -car la ,différence de densité moyenne entre les deux colonnes, montante et descendante, quel que soit le volume de ce réservoir.
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rendement d'un appareil à échange thermique, en donnant (;1, la colonne d'eau motrice une vitesse plus grande du fait que celle-ci reçoit des eaux. préalablement réchauffées dans la zone neutre inférieure et de densité par conséquent plus lé- gère, d'où il est résulté une force ascensionnelle plus forte
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élevée du fluide à échauffer dans cette colonne motrice.
L'idée de l'invention sera mieux comprise à l'aide de la ' description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés donnés à titre d'exemple seulement.
Dans ces dessins Fig. 1 montre l'application de la surface de chauffe en dehors du réservoir à fluide à réchauffer.Fig. 2 montre une application identique du principe de la Fig. 1, mais avec allongement des tubes réunissant le préparateur au réservoir. Fig. 3 montre la même disposition, mais avec prolongement de l'élément chauffant dans la zone neutre inférieure ou partie inerte de l'appareil. Fig. 4 montre une forme de réalisation pratique du principe montré en Fig. 3. Fig. 5 montre une forme de réalisation de l'invention suivant laquelle l'élément de chauffe se prolonge dans les
zônes neutres inférieure et supérieure de l'appareil.
Fig. 6 montre une forme de réalisation de l'invention suivant laquelle l'élément de chauffe se prolonge dans la zone neutre supérieure seulement. Fig. 7 est une vue analogue à la Fig. 6,montrant une disposition particulière du réchauffeur, en vue de permettre l'évacuation plus rapide des eaux de condensation, lorsque l'élément chauffant utilise de la vapeur circulant dans une même direction. Fig. 8 est une vue à. échelle agrandie d'un détail de Fig. 7, montrant l'inclinaison des tubes ou autres surfaces de chauffe pour l'évacuation plus rapide des eaux de condensation. Fig. 9 montre l'application du principe de l'invention à un appareil avec appel de l'élément chauffant dans deux directions, et évacuation rapide des eaux de condensation dans
deux directions, utilisable dans les brasseries et toutes
autres industries rejetant des buées.
Fig. 10 montre une autre forme d'application de l'inven- <EMI ID=5.1> Fig. 11 montre l'application du principe à un réservoir cylindrique placé entre les deux surfaces de chauffe des zones neutres.
En considérant le schéma de la Fig. 1, on comprendra
que l'élévation de température de l'eau dans le préparateur 13 à l'élément de chauffe 13' , modifie sa densité et met la colon-
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taine vitesse suivant la différence de densité avec la colonne descendante 14 d'eau froide.
Le réservoir 15 et le préparateur sont réunis en haut et en bas par des tubulures 16 et 17 qui assurent le déplacement du liquide.
En disposant la surface de chauffe au niveau des deux conduits 16 et 17, la balance hydrostatique agit sur tout le
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balance hydrostatique.
En supposant maintenant que la section du conduit 16 soit suffisante pour déplacer le maximum du volume d'eau d'un réservoir à l'autre, le conduit 17, de section plus forte, ne pourra déplacer plus d'eau que le conduit supérieur 16, ce qui créera à la partie inférieure du conduit 17 une zône immobile.
Si on écarte le préparateur du réservoir, comme montré en Fig. 2,. en allongeant les conduits de communication 16 et 17, <EMI ID=8.1>
surface de chauffe 13' déterminera la vitesse, suivant le rapport entre sa densité moyenne et celle du réservoir 15.
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considérée comme élément moteur de la. vitesse de circulation, dans la balance hydrostatique.
Pour augmenter la vitesse de circulation et par conséquent la transmission de chaleur, il devient alors nécessaire d'élever la température moyenne dans la colonne motrice le).
Ce résultat peut être obtenu en utilisant les deux zônes neutres qui existent dans les conduits de raccordement supérieur et inférieur, respectivement 16 et 17, lesquelles zones
se trouvent en dehors de la balance hydrostatique.
La Fig. 3 donne un exemple d'utilisation et de réchauffe-ment de la. zône neutre inférieure au moyen d'un tube de chauffe 17'. ,
En considérant cette Fig., on comprendra que le volume
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amènera da.ns le préparateur des eaux préalablement réchauffées dans la. zone neutre du conduit 17.
En admettant que la. surface de chauffe des deux éléments
13' et 17' .est partagée en deux parties égales et que les eaux ffoides arrivant par le conduit 14 à l'entrée du conduit
17 ont une température de 10[deg.], ces eaux atteindront à l'entrée de la. colonne motrice 13 une température de X[deg.].
Les appareils échangeurs de chaleur brevetés précédemment par le demandeur ont permis de porter une eau froide se présentant à unis température de 10[deg.] à l'entrée de la colonne
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30[deg.] soit 20[deg.] d'écart,avec une certaine vitesse de circulation.
En considérant que l'eau circule avec cette même vitesse dans le conduit 17, dans lequel se trouve l'élément de chauffe
17', on obtiendra le même écart de température, c'est-à-dire que les eaux se présenteront à l'entrée de la colonne motrice avec une température de 30[deg.].
En admettant qu'un même écart de température peut être obtenu dans la colonne motrice 13, les eaux se présentant dans
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à la sortie de cette colonne une température de 50[deg.].
La vitesse de circulation qui, dans les appareils précédents, était déterminée par une densité due à une température moyenne de 10 à 30[deg.], sera donc portée dans la colonne motrice à une vitesse correspondant à la densité moyenne due à une tem- <EMI ID=13.1>
Comme ordinairement les réservoirs de fluide à chauffer sont de forme cylindrique et ont une longueur souvent triple et quadrupla, de leur. diamètre , la. longueur disponible pour disposer la surface de chauffe dans la zone neutre sera beaucoup plus longue (Fig. 4).
En admettant que 3.' on dispose dans la zone neutre inférieure 17, un élément de chauffe 17' de surface égale à l'élément
13' disposé dans la colonne motrice 13, mais d'une longueur
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que la circulation de l'eau dans la zône neutre atteindra une vitesse égale au double de celle dans la colonne motrice 13.
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motrice 6 tubes bouilleurs de 1 mètre de long et d'un diamètre quelconque, et que d'autre part on dispose 5 tubes de même diamètre, mais de 2. mètres, de longueur, la même quantité d'eau qui se déplace à une certaine vitesse dans la colonne motrice fera appel à la même quantité d'eau dans la zone neutre 17, laquelle devra longer les tubes 17' dans le même temps, mais avec une vitesse double.
Or, comme la transmission calorifique augmente en raison
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sera donc le double. Il en résulte donc que pour une vitesse double, le rendement se trouvera augmenté de 25%.
Disposant, dans l'exemple choisi (Figs. 3 et 4) d'un rendement thermique d'un écart de 20[deg.] entre l'entrée et la sortie de la zône neutre inférieure, et puisque d'autre part on
<EMI ID=17.1> d'un écart supposé de 20[deg.] également, la vitesse ascensionnelle dans la colonne motrice 13 deviendra donc le double de ce qu'elle était précédemment lorsqu'elle recevait des eaux froides à
10[deg.]. De ce fait,cette vitesse ascensionnelle doublée viendra
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à chauffer dans la zône neutre, jusqu'à ce que l'équilibre s'établisse.
On peut donc conclure que la surface de chauffe de la colonne motrice 13 devient le multiplicateur de la vitesse de circulation du fluide le long de la surface de chauffe dans
la zone neutre inférieure 17 et cela suivant la propre vitesse de cette colonne motrice et le rapport des longueurs des deux surfaces de chauffe en présence.
Or, il est à noter que le fluide dans la colonne motrice agit seul comme moteur et détermine la vitesse de circulation de ce fluide suivant le rapport entre sa densité moyenne propre et la densité moyenne du réservoir.
Il est évident toutefois que cette grande vitesse de circulation obtenue par les moyens qui viennent d'être décrits, permettra, d'atteindre un rendement très grand en quantité, mais ne conviendra pas lorsqu'il s'agira d'obtenir un rendement en qualité (température)..
Comme dans une installation de ce genre on dispose égale-
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cette dernière pourra être utilisée de la même façon (Fig.5). Cette utilisation permettra, tout comme dans le cas précédent, de multiplier dans les mêmes proportions la. vitesse de circu-
<EMI ID=20.1>
� périeure 18 ..
un élément de chauffe 18', établi dans les mêmes conditions que l'élément de chauffe de la zone neutre inférieure.
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tion de la colonne motrice, laquelle règle seule la vitesse de circulation suivant la position du réservoir (densité moyenne), la quantité d'eau chaude passant par le conduit reste la même et l'augmentation du rendement a lieu en température seulement.
Il est évident que la multiplication pourra se faire soit par le bas (Fig. 4, quantité), soit par le haut (Fig. 6,
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quantité et température).
On pourra également utiliser des proportions entre les éléments de chauffe, autres que celles qui ont été données ci-dessus , suivant les besoins ou les services demandés à l'appareil.
Dans certains appareils connus, l'eau froide passe par toute la gamme des températures pour atteindre finalement, au plan d'équilibre, la température approchant celle de l'élément chauffant.
En appliquant, suivant la présente invention, une surface de chauffe dans la zône neutre supérieure, la multiplication de-la vitesse des eaux par la colonne motrice porte directement les eaux à une température plus élevée, d'où diminution de la gamme des températures successives intermédiaires.
Les éléments de chauffe 17' et 18' dans les zones neutres respectivement inférieure et supérieure, suivront une légère pente en vue d'assurer l'évacuation de l'air.
Dans un appareil utilisant la vapeur comme élément de chauffage, les tubes de chauffe de la colonne motrice seront légèrement inclinés dans le sens contraire à l'afflux de la vapeur, comme montré en Fig. 7.
La pente des tubes, aidée de la force d'inertie due au passage de la vapeur; rejettera les eaux de condensation à l'arrière du tube, comme montré en Fig. 8. Le degré d'inclinaison du conduit 13 sera calculé de façon que l'eau de condensation ne quitte pas le tube suivant son degré d'adhérence. Une
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eaux de condensation.
En inclinant un tel tube comme montré en Fig. 8, la partie la plus sèche des eaux de condensation du tube transmet plus rapidement ses calories et augmente la vitesse des eaux réchauffées dans cette zone , en même temps, cette inclinaison concentre plus fortement les eaux de condensation à l'arrière du tube , pour oroduire une chute plus rapide des eaux.
Lorsque la présence d'air dans le liquide réchauffé sera indésirable, pour des générateurs à vapeur, par exemple, la colonne motrice 13 sera pourvue à sa partie supérieure d'une
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la partie inférieure de la zône neutre pour l'évacuation des e eaux de condensation, afin de ne pas encombrer la colonne motrice (voir Fig. 7).
Cette conduite 19 va rejoindre le syphon 19' d'évacuation des eaux de condensation de la colonne-motrice., afin d'empêcher l'échappement de la vapeur.
Il est bien entendu que lorsqu'il sera fait usage, comme fluide de chauffe, de la vapeur d'échappement d'une machine à
/ vapeur, ou de toute autre vapeur perdue, ne pouvant rester sous pression, la partie inférieure de l'élément chauffant sera.
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ment des vapeurs non- condensées.
Lorsqu'il s'agira d'un réchauffeur utilisant de la vapeur vive sous pression, la sortie des eaux de condensation sera. assurée par un purgeur automatique.
Enfin, l'élément de chauffe pourra éventuellement être alimenté par des buées , telles que les buées de bière émanant des chaudières dans une brasserie.
Dans un tel cas , il y a lieu de tenir compte que la. force ascensionnelle de ces buées est très faible, voire presque nulle,' s'il n'est pas fait usage d'un aspirateur ou d'un ventilateur.
En outre, la poussée des buées étant très faible, il faudra donc diminuer au maximum les résistances afin d'éviter les refoulements dans la salle de brassage.
La Fig. 9 montre l'application du principe de l'invention,
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La disposition est dans ce cas sensiblement la même que , celle du réchauffeur du type à vapeur, avec surface de chauffe dans la zône neutre supérieure et colonne motrice.
Les viroles 22 de la surface de chauffe 23 de la zône
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permettre le montage du nombre nécessaire de tubes et ménager l'espace suffisant pour le passage des buées avec le minimum de résistance.
Le désaxage des conduits d'eau réchauffée 24 par rapport
<EMI ID=28.1> fées,par l'ouverture 25, diamétralement opposée à la sortie
26 des eaux de condensation des tubes de buées 23.
Les eaux de condensation sont immédiatement évacuées de l'appareil par la conduite 26, afin d'utiliser leur haute température pour servir à l'alimentation des générateurs de vapeur.
A la partie supérieure de cette conduite 26 est branché un tube 29 de faible section, pour l'évacuation des gaz incondensables (air) , et ramener ceux-ci le long du fond (froid) du réservoir 15 pour les faire déboucher vers la partie infé-
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Dans la, surface de chauffe de la colonne motrice 13 est agencé un tube de grande section 30 dont la partie supérieure
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descend jusqu'à proximité du fond 34 de la colonne motrice.
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admises dans le préparateur, celles-ci se répandent dans les parties des surfaces de chauffe où elles rencontrent le moins
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de la zone neutre et dans la surface de chauffe de la colonne motrice.
Les deux surfaces de chauffe 23 et 13 communiquant par leur deux extrémités , on réalise dans ces conditions, suivant le principe des vases communiquants, non pas la balance hydrostatique, mais la balance des corps gazeux.
En effet, au. contact de la vapeur avec le conduit des gaz incondensables , l'air contenu dans ce tube s'échauffera et se mettra en mouvement.
Ce déplacement de l'air provoquera une dépression dans
X
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ra plus lourde, dans la balance gazeuse, celle-ci descendra en premier lieu pour rétablir l'équilibre et provoquer un certain vide qui .aspirera les buées dans cette surface de chauffe supérieure.
Dès cet instant, le réchauffeur travaillera comme le réchauffeur à vapeur, décrit précédemment.
Les eaux de condensation étant évacuées au dehors, les gaz incondensables, ainsi que le peu de vapeur qui avait été entraîné , sont refroidis dans le fond du réservoir et maintiennent cet appel de. buées, en équilibre dans les deux sur- faces de chauffe.
Le conduit d'évacuation 29 des gaz incondensables sera. muni de clapets de retenue réglables, afin de régler la dépression.
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constitue la partie neutre supérieure et sera, toujours remplie de buées.
Les Figs. 10 et 11 montrent que le principe ci-dessus dé-
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toute forme géométrique voulue, et que le système réchauffeur pourra être agencé par exemple à l'intérieur du réservoir sans modifier en rien son fonctionnement.
Dans la. disposition montrée en Fig. 11 , suivant laquelle le réservoir 15 occupe une position intermédiaire entre les
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rieure de ce réservoir, la balance hydrostatique agit donc
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du réservoir 15 et le tube de raccordement inférieur.
Il en résulte un déplacement du grand volume du réservoir,
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de la. colonne descendante constituée par le tube 33, la colonne d'eau dans le réservoir et le tube de descente 14.
De même, le tube 33 pourra être prévu, seul, aux fins d'obtenir rapidement des eaux chaudes , mais en quantités moindres.
Enfin, suivant une autre forme d'application, l'invention prévoit que les zones neutres inférieure et supérieure, ainsi que le préparateur, seront disposés complètement en dehors du réservoir et latéralement à celui-ci, en tenant compte toutefois des lois de la balance hydrostatique; une telle réalisation se trouve schématisée en Fig. 12.
Selon cette disposition, le réservoir 15 communique par un conduit supérieur approximativement horizontal 34 avec l'extrémité de sortie de la zone neutre supérieure 18, tandis
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duit 35 avec l'entrée (eau froide) de la zône neutre inférieure les deux zones communiquant, comme précédemment, par le préparateur vertical 13.
Cette disposition permet d'éviter un refroidissement du liquide préalablement chauffé qui se trouvait à la partie supérieure de l'appareil, ensuite d'un abaissement de la température de l'élément chauffant.
L'accélération produite par le dispositif ci-dessus décrit est obtenue de la façon suivante :
Au moment de la mise en marche de l'appareil, l'élément
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à sa plus haute température et travaille donc avec le plus
/ grand écart possible, cet écart provoquant une certaine chute
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il pénètre à la partie supérieure de la colonne motrice. La colonne motrice travaille alors avec l'écart de température existant entre la température de l'élément chauffant et celle
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ascensionnel décrit précédemment.
<EMI ID=44.1>
envahissent graduellement la partie supérieure du réservoir diminues.! 'écart de densité entre la colonne descendante et la colonne motrice (montante) et diminue graduellement la vitesse du liquide à chauffer.
De ce fait, l'échange thermique dans la zône neutre supérieure diminue, laissant à la sortie de l'élément chauffant une température plus élevée.
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de la colonne motrice va donc créer un écart plus grand entre T et t, qui se traduira nécessairement par une accélération
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dans la dite colonne motrice, ainsi que par une vitesse plus grande du fluide à chauffer dans la zône neutre supérieure.
Le même phénomène continue donc graduellement jusqu'à ce que l'équilibre soit obtenu entre les deux colonnes.
La présence de la surface de chauffe dans la zône neutre inférieure a pour effet d'accentuer davantage l'accélération graduelle ci-dessus décrite.