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" CONDENSEUR A SURFACE "
Cette invention a trait aux appareils de conden- sation de vapeur d'eau, et plus particulièrement auxconden- b seurs à surface. Un des buts de cette invention est d'éta- blir un condenseur qui assure une pénétration entière de la vapeur en tous les points de la longueur du condenseur, pour des conditions de faibles températures et vitesses de l'eau de circulation.
En été, lorsque l'eau de refroidissement employée dans les tubes d'un condenseur est relativement chaude, cet- te eau est maintenue à une vitesse élevée dans les tubes,
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de façon que l'élévation de température le long des tubes soit aussi faible que cela est pratiquement possible. Comme la vapeur d'eau qui pénètre dans le condenseur, doit néces- sairement transférer de la chaleur à l'eau que renferment ces tubes, il se produira quelque élévation de température, et un problème qui se présente est celui qui consiste à assurer la même profondeur de pénétration de la vapeur d'eau dans toutes les parties du condenseur.
Lorsque l'eau dont on se sert est froide, comme par exemple par temps froid, la solution de ce problème n'est pas aussi diffi- cile si l'eau est encore maintenue à une vitesse relati- vement élevée, à l'intérieur des tubes, étant donné que l'eau de refroidissement est encore assez froide à sa sor- tie du condenseur. Toutefois, pour diminuer la dépense en force motrice, on a trouvé qu'il est recommandable de di- minuer le débit de la pompe de circulation pour diminuer la vitesse de l'eau à l'intérieur des tubes, dans le but d'éviter une dépense inutile en force motrice et, dans ce cas, on aggrave la difficulté éprouvée pour maintenir la même profondeur de pénétration de la vapeur d'eau dans tou- tes les parties du condenseur.
En effet, lorsqu'on fait usage d'eau froide à une vitesse réduite, il existe une différence de température beaucoup plus grande, entre les extrémités froides et chaudes des tubes. Le résultat net de cet état de choses est que la vapeur ne pénètre pas d'u- ne distance appréciable dans les tubes à l'extrémité froide, de sorte qu'une fraction considérable de la surface de re- froidissement est sans effet pour le but visé. La présente invention assure un dispositif permettant de produire un vide beaucoup plus grand à l'extrémité froide du condenseur qu'à l'extrémité chaude, ce qui oblige la vapeur d'eau chau- de à pénétrer jusqu'au fond de l'extrémité froide du conden- seur.
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Le dessin annexé est une coupe verticale schéma- tique, du condenseur et de chacun des éléments d'un appa- reil d'évacuation auxiliaire d'air et de vapeurs.
Le condenseur principal est représenté en A et comprend, d'une façon générale, un corps 10 muni d'un ori- fice d'admission de vapeur d'eau 9, d'un collecteur d'ad- mission d'eau 11 à orifice d'admission 12 et d'un collec- teur d'échappement d'eau 13 à orifice d'échappement 14.
Aux extrémités opposées du condenseur sont supportées deux plaques à tubes 15 et 16 entre lesquelles sont disposés des tubes 17. Les extrémités de ces tubes sont dudgeonnées dans les plaques 15 et 16 de la manière usuelle. Une série de plaques 18, 19 et 20 supportent les tubes et divisent le condenseur en sections 21, 22, 23 et 24, ces plaques de support se comportant à la façon de cloisons qui isolent hermétiquement les sections 21, 22, 23 et 24 les unes des autres, spécialement au fond du corps 10. Dans l'exemple représenté, les sections 22 et 23 sont munies d'orifices d'échappement d'eau de condensation 25 et chaque section est munie d'un orifice d'échappement d'air et de vapeurs.
Les orifices d'échappement d'air et de vapeurs sont situés dans la partie inférieure de chaque section et sont dési- gnés par 26, 27, 28 et 29, respectivement. Un registre 30 est monté dans l'orifice d'échappement de vapeurs 29 dans un but qu'on verra plus loin.
Pour permettre à l'eau de condensation d'être re- tirée de la partie inférieure des compartiments 21, 24 et transférée aux compartiments 22, 23, respectivement, et pour permettre le maintien de vides différents dans les divers compartiments, on a prévu deux conduits sous forme de siphons renversés ou séparateurs 33, 34 reliant ces com- partiments respectifs et possédant une hauteur propre à maintenir un volume d'eau de condensation suffisant pour
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constituer un joint hydraulique entre les compartiments et empêcher ainsi le passage de l'air ou des vapeurs d'un des compartiments à l'autre.
Il convient que les compartiments 21, 22. 23 et 24 soient sensiblement hermétiques près de l'extrémité in- férieure du condenseur, pour cette raison que le traitement de l'air et des vapeurs retirés du compartiment 21 est dif- férent du traitement de l'air et des vapeurs retirés des compartiments 22, 23, 24.
Suivant l'invention, un dispositif est prévu pour créer un vide plus grand dans le compartiment ou sec- tion le plus froid 21 que dans les compartiments relative- ment chauds 22, 23, 24.
A cet effet, l'orifice d'échappement d'air et de vapeurs 26 est relié par un tuyau convenable 35 à un ré- frigérant B. Le corps 40 de ce réfrigérant est muni d'un collecteur d'admission d'eau 41 et d'un collecteur d'échap- pement d'eau 42 qui présentent respectivement un orifice d'admission 45 et un orifice d'échappement 46. A chacune des extrémités du réfrigérant sont prévues, entre les col- lecteurs 41, 42 et le corps 40, des plaques à tubes 47, 48 qui supportent entre elles un certain nombre de tubes con- ducteurs d'eau de circulation 49. Des chicanes 50, 51 sont disposées longitudinalement par rapport au réfrigérant et sont décalées de façon à distribuer l'air et les vapeurs, ainsi que la vapeur d'eau susceptible d'avoir traversé le condenseur A et circulé en circuit à travers tout le réfri- gérant .
Celui-ci peut être agencé pour faire usage d'eau réfrigérante brute dans son appareil de circulation, dans le but de condenser la faible quantité de vapeur d'eau ayant traversé le condenseur A et de réduire le volume d'air et de gaz non condensables au minimum. L'admission 35' du ré- frigérant est placée'près d'une de ses extrémités, pour
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assurer le maximum de parcours longitudinal de 1 air et des vapeurs le long des tubes 49 de ce réfrigérant. Un échappement de condensat 55 est prévu dans le réfrigérant et un échappement d'air et de vapeurs est représenté en 56. L'échappement d'air et de vapeurs 56 est relié à une pompe à vide 60 du type usuel à jet de vapeur vive servant à comprimer l'air et les vapeurs sortant du réfrigérant B.
L'injecteur de vapeur vive 60 est relié à l'ad- mission 61 d'un condenseur intermédiaire C dont la forme est analogue à celle du réfrigérant B Les collecteurs d'eau 58 de ce condenseur C sont destinés à être alimentés d'eau réfrigérante brute, dans le but de condenser la va- peur d'eau sortant de l'injecteur 60 et, par dévaporisa- tion et compression, de diminuer encore le volume de l'air et des gaz non condensables arrivant du réfrigérant B. Le condenseur intermédiaire C est muni d'un échappement d'eau de condensation 64 et d'un échappement d'air et de vapeurs 65, ce dernier étant relié à une pompe-injecteur de vapeur -d'eau vive 66 qui est elle-même reliée par un tuyau 67 à l'admission 68 d'un condenseur intermédiaire D.
Le conden- seur intermédiaire D est muni d'un corps 69, de colleo. teurs d'eau 70, 71, de plaques à tubes 72, 73 et de tubes 74 dont les extrémités sont fixées dans les plaques à tu- bes 72 et 73. Une plaque 75 servant à supporter les tubes, divise ce condenseur D en deux sections comportant chacune des orifices d'admission et d'échappement distincts et in- dépendants.. Une de ces sections est munie d'un échappe- ment d'eau de condensation 77 et d'un échappement d'air et de vapeurs 78. Des cloisons 80 et 81, installées dans les collecteurs d'eau, divisent ceux-ci en compartiments supé- rieurs et inférieurs.
Les compartiments inférieurs peuvent être agencés pour recevoir de l'eau de refroidissement bru- te de l'appareil de circulation, tandis que les comparti-
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ments supérieurs peuvent être agencés pour recevoir de l'eau de condensation arrivant de l'échappement 25 du condenseur principal.
Le condenseur intermédiaire D agit de façon à condenser la vapeur d'eau fournie par l'injecteur 66, et la partie supérieure dudit condenseur agit aussi à la fa- çon d'un appareil servant à chauffer l'eau de condensation, étant donné que cette eau passe à travers les tubes supé- rieurs et absorbe la chaleur du mélange chaud de vapeur d'eau et d'air à l'entrée au 'condenseur intermédiaire. L'é- chappement 78 est relié à un injecteur de vapeur 79 abou- tissant à une, admission 83 d'un condenseur supplémentaire ou final E muni intérieurement d'une plaque 84 qui sert à supporter les tubes et à diviser le condenseur en deux sec- tions.
Les collecteurs d'eau 85 et 86 et les tubes 87 sont agencés pour contenir de l'eau de condensation destinée à être chauffée par la vapeur d'eau sortant de l'injecteur 79. 190 désigne un échappement aboutissant à un tuyau d'é- vacuation 82.
On voit ainsi qu'une série d'étages de pompes à vide à injection de vapeur vive, c'est-à-dire une série de dispositifs d'évacuation d'air et de vapeurs, sont reliés à l'extrémité froide du condenseur A pour produire dans la section 21 de ce condenseur, un vide élevé propre à assurer dans cette section une grande profondeur de pénétration de vapeur d'eau.
L'orifice d'échappement d'air 27 du condenseur principal A est relié par un tuyau convenable 90 à l'ad- mission 91 d'un second réfrigérant F. Ce réfrigérant est muni de collecteurs d'eau 100 et 101 qui sont, de préfé- rence, agencés pour utiliser de l'eau réfrigérante brute et sont .munis de tubes 102. Une plaque 103 servant à sup- porter ces tubes, divise le réfrigérant F en deux sections
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distinctes et indépendantes 1069 107. La section 106 est, de préférence, munie de chicanes 108 obligeant l'air et les vapeurs arrivant de l'échappement 27 à se mouvoir longitudinalement par rapport aux tubes 102. La section 106 est munie d'un échappement d'eau de condensation 109 et d'un échappement d'air et de vapeurs 110 aboutissant à un injecteur de vapeur vive 111.
Cet injecteur débite dans la même section du condenseur intermédiaire D que l'injec- teur 66 et près de sa paroi supérieure, comme indiqué en 211, et la vapeur d'eau qu'il fournit,se condense sur les tubes 74 et suit le même parcours que la vapeur d'eau sor- tant de l'injecteur 66.
On voit par conséquent que l'air et les vapeurs arrivant de l'orifice d'échappement 27 de la section 22 du condenseur principal A, traversent un nombre moindre d'éta- ges de pompes à vide à injection de vapeur, dans le but d'assurer un vide relativement élevé dans la section 22, quoique inférieur à celui maintenu dans la section 21, en raison du plus grand nombre d'étages à travers lesquels doit passer l'air sortant de la section 21.
Les orifices d'échappement 28 et 29 des sections 23 et 24 aboutissent à un tuyau commun 115 qui communiquent avec la section 107 du réfrigérant F par un orifice 116.
La section 107 est munie de chicanes 118 et d'un échappe- ment d'eau de condensation 119. L'échappement d'air et de vapeurs est situé en 120 et aboutit à une pompe-injecteur 121 communiquant avec l'intérieur d'une section du conden- seur intermédiaire D séparée de l'admission 211. Cette sec- tion est de préférence munie de chicanes 122 et d'un échap- pement d'eau de condensation 123. Comme les tubes supérieurs 74 du condenseur intermédiaire sont destinés à la circula- tion d'eau de condensation, cette eau est chauffée par la vapeur d'eau sortant de l'injecteur 121.
Les tubes infé-
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rieurs 74 dans lesquels passent de l'eau réfrigérante brute ont pour rôle de condenser les vapeurs avant qu'elles pas- sent à l'échappement d'air et de vapeurs 130 aboutissant à un injecteur de vapeur vive 131 qui communique avec l'in- térieur d'une des sections du condenseur final E. Cette dernière section est munie d'un échappement 135.
Les pièces susmentionnées définissent la nature du condenseur et de ses dispositifs auxiliaires d'évacua- tion d'air et de vapeurs et l'on décrira maintenant le fonctionnement réel de l'installation entière.
La vapeur d'eau pénétrant dans le condenseur principal A par l'orifice 9 se répartit entre les diver- ses sections 21, 22, 23 et 24. Comme on se sert d'eau froi- de dans les tubes réfrigérants 17, il existe une différence de température considérable entre cette eau que renferment les tubes et la vapeur d'eau qui entre en contact avec les tubes à l'extrémité la plus froide du condenseur. Cette différence de température dépend des saisons et du vide maintenu dans le condenseur. Dans les sections du conden- seur où cette différence est la plus grande, la vapeur d'eau tend à pénétrer moins profondément puisqu'elle s'y condense plus facilement. Dans les parties les plus chau- des, cette vapeur pénètre jusqu'au fond.
Ceci est dû au fait que la capacité de travail des pompes à vide est plus grande que la quantité d'air et de vapeurs à évacuer et que, pour compenser l'insuffisance d'alimentation enair, la va- peur d'eau aspirée suit le parcours de moindre résistance, qui est la section la plus chaude du condenseur. Grâce à la disposition de pompes à vide précédemment décrite, les vides régnant dans les diverses sections du condenseur peu- vent être modifiés pour neutraliser la tendance des fluides à pénétrer de distances différentes dans le condenseur. Par l'application d'une série d'étages, par exemple de trois
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étages de pompes-injecteurs pour la section 21, on crée un vide suffisant pour obliger la vapeur d'eau qui pénè- tre dans cette section à atteindre le fond du condenseur.
En raison de ce vide élevé, une proportion plus grande de la vapeur d'eau pénétrant dans le condenseur est aspirée dans la section la plus froide 21 que dans les sections plus chaudes 22.23 et24.
Comme un vide élevé est maintenu dans la section 21, la chute de pression d'une extrémité à l'autre de cet- te section sera maximum et la quantité d'eau de condensa- tion sera proportionnellement grande. En entrant en con- tact avec les tubes froids que renferme le réfrigérant B, une grande partie des vapeurs retirées de cette section 21 du condenseur se condense et la quantité d'air et de va- peurs diminue. L'eau de condensation susceptible de se for- mer dans le réfrigérant ]3 s'échappe par le tuyau 55, et l'air et les vapeurs, dont la quantité est maintenant ré- duite, se rendent par 1?échappement 56 à l'injecteur de vapeur vive 60 où commence'la compression jusqu'à là pres- sion atmosphérique et qui en constitue le premier étage.
Cet air et ces vapeurs sont conduits par la vapeur d'eau fournie par l'injecteur 60 au condenseur intermédiaire C.
L'air et les vapeurs que renferme ce condenseur ont leur volume considérablement réduit par la condensation avant leur passage au second étage de compression que constitue l'injecteur 66.
L'air et les vapeurs passent par le tuyau 67 dans la partie supérieure du condenseur intermédiaire D et la vapeur d'eau arrivant par le tuyau 67 communique une partie de sa chaleur à l'eau de condensation qui se trouve dans la section supérieure du condenseur inermé- diaire d. De même, cet air et ces vapeurs subissent une nouvelle condensation dans la section inférieure du con-
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denseur intermédiaire D. puisque les tubes de cette section inférieure snt traversés par de l'eau réfrigérante brute. Les gaz non condensables passent par le dernier injecteur de vapeur vive 79 à la pression atmosphérique et la vapeur vive, que fournit cet injecteur pénètre dans le condenseur final E et sert à chauffer l'eau de condensa- tion passant dans les tubes de ce condenseur.
La vapeur d'eau pénétrant dans la section 22 du condenseur principal se condense dans cette section et il faut une chute de pression moindre que dans la section 21 pour obliger cette vapeur à atteindre la dernière rangée de tubes. L'air et les vapeurs passent par le tuyau 90 dans un des compartiments du réfrigérant F et leur volu- me diminue en raison de leur contact avec les tubes froids que renferme ce compartiment. L'eau de condensation qui se forme dans ce passage passe par l'échappement 109, tandis que l'air et les vapeurs passent à l'injecteur de vapeur vive 111 pour y être comprimés.
La vapeur deau sortant de cetinjecteur transfère une partie de sa chaleur à l'eau de condensation passant dans les tubes supérieurs du con- denseur intermédiaire et subit une nouvelle condensation par les tubes inférieurs dans lesquels passe de l'eau réfri. gérante brute. Ces tubes inférieurs effectuent une nouvelle diminution du volume des gaz non condensables avant que ces gaz arrivent à 1'injecteur 79, et ces gaz sont conduits au condenseur final par 1'injecteur 79.
La vapeur d'eau pénétrant dans les sections 23 et 24 est condensée dans ces deux sections et une très faible quantité de vapeur d'eau non condensée passe dans l'autre section du réfrigérant F avec l'air et les vapeurs Ces derniers sont traités dans le réfrigèrent F , le con- denseur intermédiaire D et le condenseur final E de la même manière que dans le traitement de 1 air et des vapeurs
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sortant de la section 22 Toutefois, comme l'eau réfrigé- rante de la section 24 est plus chaude que celle de la section 23 ,
il est avantageux de prévoir dans l'orifice d'échappement 29 la plaque-registre 30 dont le rôle est d'assurer une faible perte par frottement qui égalise la profondeur de pénétration de la vapeur d'eau dans les deux sections 23 et 24.
Il est évident qu'on obtient ainsi un appareil de condensation extrêmement- efficace. Bien entendu, les dessins n'ont pour but que de faire comprendre les princi- pes de l'invention et, quoique corrects, sont schématiques, l'invention n?étant pas limitée à la disposition particu- lière représentée.