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procède de production et d'utilisation de vapeur, @ notamment de vapeur à haute pression.
La présente invention se rapporte à un procédé de pro- duction et d'utilisation de vapeur, notamment de vapeur à haute pression, d'eau ou d'autres liquides, par exemple de mercure.
L'essentiel du nouveau procédé de production de vapeur consiste cn ce que le liquide est introduit dans un généra- teur de vapeur rotatif à deux branches et vaportisé pendant la rotation uniquement dans l'une des deux branches.
La vapeur produite dans le générateur de vapeur rota- tif peut être détendue de nouveau dans une turbine, dispo- sée sur un arbre commun,ou dans une machins motrice, rac- cordée au générateur de vapeur rotatif, en vue de la pro- duction d'énergie.
La forme de réalisation la plus simple d'on tel géné- rateur de vapeur rotatif est un tube à deux branches, tel que celui qui est représenté à titre d'exemple aux fige. 1
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à 3 du dessin annexé. ' 2orsour du licuidc est introduit dans le tube à deux tranches représente à la fig. 1 ce liquide occupera, tant que le tube n'est pas chaoffé, dans les dcux
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braiaclxs 1 et 3 la, même hauteur et il sc produira un état de rrpos.
lais dès que la branche 1 du tube est chauffée, cc qui peut s'effectuer en protégeant la branche & par Un? cloison séparatrice contre l'action des gaz chauds, il se produira dans la branchr chauffée 1 soit le l'eau chaude, soit un mélange d'eau etde vapeur, dont le poids spécifique est moindre que le poids spécifiqur du liquide non chauffé dans la branche ?, Il en résulte une force de poussée qui
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correspond à la différence de poids entra les colonnes de liquide dans les deux branches 1 et 2.
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A ltétat de repos du tube à deux branches ces forces de poussée ne sont pas particulièrement grandes. Toutefois
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elles peuvent être augmentées cOi1sidéraèlo:ncl1t (:
'11. mettant le tubc, conformément à cette invention, en mouvement de
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rotation, ce qui i SOI1J11P le tube à deux branches à une accé- lération notablement plus grande par rapport à l'accéléra- tion terrestre, à sa.voir à l'accélération centrifuge.
Ces conditions sont représentées aux figs. 2 et 3.
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Confo2'.'mé.D.0Ylt à la fig. 2, le liquide vaporiser arri- ve du réservoir surélevé 4 par la boite à étoupes 5 dans l'arbre creux rotatif 6, duquel il passe d.ani la branchc- du tubp enD et d'ici dans la branche' 1, ce qui permet de remplir le tube en U compléteront de liquide.
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Si, dès lors, la branche. est chauffée par des gaz, qui passent le long de la cloison séparatrice 3, il se dé- veloppera dans cette branclio 1 de la vapeur qui est refou- lée et quitte le tube en U par l'extrémité gauche de l'ar- bre creux 6 et la botte à étoupes 1.
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La fiE. 3 montre un tub( à d(,I1{ b:
C'3nches, dont les branches ne sont pas parallèles mais perpendiculaires l'u-
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ne à l'autre, Ici également le liquide passe du réservoir 4 par la boîte à étoupes 5 dans la partie creuse de l'arbre 6 mis en.
mouvement de rotation, et d'ici dans la branche du tube à daux braaches, Au moyen de gaz qui chauffent la branche 8, mais qui sont .'Maintenus éloignes de la branche par la cloison séparatrice 3, on produit dans la branche de la vapeur, qui - st refoulée et passe de la branche j3 dans le collecteur 9, pour quitter l'installation par la conduite 10
Dans l'exploitation pratique un tube à deux branches, tel qu'il est représenté aux figs.
2 et 3, ne pourrait na- turellemetn fournir assez de vapeur Aussi ces figures ne servent-elles qu'à montrer qu'en principe il est possible de réaliser le procédé de cette invention avec des tubes à deux branches, respectives-Lent des systèmes de tubes rota- tifs de formes des plus variées, En ayant soin de ne pro- duire de la vapeur quc dans l'une des branches du tube, res- pectivemnet du système de tubes, et de faire en sorte que le sommet du tube à deux branches, respectivement du système de tubes se trouve au pourtour extérieur du corps rotatif.
Des formes de réalisation de l'objet de l'invention, telles qu'elles sont envisagées pour l'exploitation pratique, sont représentées aux figs. 4 à des dessins annexés.
Dans ces dessins :
Fig. 4 est une coupe longitudinale du générateur de vapeur rotatif conforme à l'invention.
Fig. 5 est une coupe transversale du générateur de vapeurrotatif.
Fig. 6 montre la combinaison d'un générateur de va- pout rotatif avec une turbine montéesur le même arbre,
Fig. 7 montra la combinaison d'une installation de force motrice à vapeur suivant la fig. 6 avec une autre chaudière.
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Fig. 8 montre une autre forme de réalisation du géné-
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rateur de vapeur, conforme à lTix2v:ntion, avec réservoir de séparation surélevé.
Fig. 9 montre une autre forme de réalisation du séné- rateur de va.peur conforme à l'invention.
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Pigez 10 est une coupe transversale de la fi#., 9,
Comme le montrent les figs. 4 et 5, sdr l'arbre creux 6 est disposé un système de tubes à deux branches 1, 2, qui par la. rotation de l'arbre creux 6 est également mis en mouvement de rotation.
L'eau ou tout autre- liquide à
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vaporiser arrive du réservoir slirélevé 4 par la boite à étoupes ¯5 dans l'extrémité droite de l'arbre creox 6 et passe d'ici dans la branohe g du système de tubes rotatif 1, 2. par des organes de dietribution 11 le liquide est con- duit dans les tubes 1 et passe ensuite d'ici par le systè- me de tubes JL3 dans la partie gauche de l'arbre creox2. pOOl' quitter l'installation par la boîte à étoupes 7, Aussi longtemps que les tubes ne sont pas chauffés, ces tubes se rempliront également de liquide en vertu de la loi des va-
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ses communiquants.
Mais si l'on chauffe le s tubes s 2 , par C'xe:'1.J?110 en faisant passer des gélz do fumée dans la direc- tion des flèches à travers le système rotatif, la vapeur dégagée sera r<.*ouiée des s tllbt:s 1 rt passera par l'extré- mité gauche de l'arbre creux v<.i"s un ndroit d'utilisa- tion quelconque, par des .;le sur.^ de construction appro- priées, le cas échéant par la disposition de cloisons sépa-
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ratrices entre les tubes s 2 d'une, part et lt:s,tlJbr::s 1:
d'au- tre part, ou par la disposition des s tubes 2 à un niveau de température, du fluide de chauffée tel que toute forma- tion de vapeur sous la pression respective est impossible.
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dans les tubes 2, il f,,ot pendre des précautions pour em- pêôher toute formation d9 vapeur dans les tubes s ¯2.
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Si maintenant on oppose à la vapeur produite une ré- sistance, par exemple au moyen d'une soupape d'étranglement ou d'une machine de travail, la tension de cette vapeur augmentera, et la vapeur refoulera alors l'eau dans les tu- bes chauffes 1. Si toute l'eau doit être refoulée des tu-
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bes 1, on pourra calculer la tention de vapeur indispensa- ble à or- t effet. cette tension doit être étale à la diffé- rencs entre la pression produite par l'action csntrifu[8 de l'eau dans les tubes 2 et la pression produite par l'ac- tion centrifuge da la vapeur dans les tubes l,
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Si l'on 1.d:r:
t que 1s poids spécifique de l'eau soit é- gal à 1 et le poids spécifique de la vapeur égal à 0,1, et si l'on prend un corps de rotation d'un diamètre égal à 0,9 m.
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avec un no,ub-rr de tours par ;Anute égal à 4000, le calcul de la pression produite par l'action centrifuge de l'eau donnera 178 iii-;, pur cia2, 1..±> pression produite par l'action centri:cu, dr la vapeur est de 17,8 kgb, par cf.a2. En fai- sant abstraction du frottearnt C\3/1S les tubes, on pourra donc, dans las conditions supposées, produire de la vapeur
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un- pression de 160 kor, par eLi2
Un avantage essentiel du procédé conforme à l'invention consiste en cc que la haute pression d'eau , indispensable
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à l'alimentation, est produite d'ms le générateur lui- aême.
Il en résuit? que la conduite d'amenée d'eau ne se trouve que sous unç 1',iisie pression d'amenée, et nue tous les raccords, tris qu<' boitE's à étoupes et autres arma.tares, ne doivent pas e'tr.5 construits pour résister ,.¯ de hautes pressions, tel au'il est éné1'81 ,:l:Ylt 1::, cas dans les générateurs de vap u r é h:':"I1E' prEssion <¯ictu:.1J..",(nt e n usage.
La V,;l.lJC 111" est t; ac:2m néc par des chanibreg de conn'nu-nica- tion 12 et un surchauffeur 13. dans lequel la vapeur est séchée et surchauffée.
La fig. 6 montre la combinaison d'un générateur de va- peur rotatif avec une. machine motrice, le générateur de
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vlJ!.pea:r et la machine motrice seront accouplés de façon former un groupe compact, dans lequel 1 o produit dr la va- peur, destinée éa être détendue pour produira do l'éncrz.i, La vapeur détendeur Fst condcnsér.' dans on condenseur ou a- mcnée suivant la p1'(,R8io',1 de la zw.:'u détendur r1.9J18 un^ turbine à basse pr(-,s-ioi-1 ou ('.1cer, utilise'- pour 1" chauffa- (>, La construction re iJ :,r é sr ce i 1;
éi non 8U10;ri11t permet de supprimer toutes les conduites interniëdiairss avec leurs aruatures entrr 18 générateur de- et la machin? mo- trier- nais l'enoonibrement 4 l 'r:'nsf1rablr d l'installation devient aussi notabicr-rnt moinfl'c(1 que dans des installations actur?110f#:'.'nt 0011"10('6, cr qui a pour oonssq'Jr'l1cr on abaisse- ment appréciable C7'3 frais d'installaticn pt d'exploitation.
Le générateur dd vapeur rotatif, ,.11- .:';'lC 4 'uiin. façon spé- ciale, permet dr séparer la majr-lH'r partis 4:ce la IouSfil3ï,? 00:,1tS'1.0" dans les ;;a.z fa'8C11'.k:O-;'.î' '¯, d- 30:'t'- ":L1TLJ1 U1Z èl'échappem:?nt pratiqlJ6Q?J1t rX0,n;::t (11" peupla- C!U1 ttu l'ins-
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tallation.
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Commo 1P montrp la f 1 1: 6. le [Sé"1é:ratsor dl" vapfur ro- tatif est placé è. droits ^ ?.o. turbin b, ["'10(,h('. Il:) oide à vaporiser arrive du ré8<;;1."Voir suréirvé i par la soupape 14 pt la boite à étouy3cs 5 dans l'arbre CJ:'E"t,x .6 du généra- teur de va-peur. D'ici le liquide passe par le Systè:11C' de tobes g, disposé devant lv.
C 10i80'') i lt":::;léc1iaire, dans les ch."nres ds distribution 11 et rnsilit" dans le systàmc de tubes 1. dans lqul 1., v::J.'pf'or rst produite, rar suite de la différence C'l1ty,? les -actions c;ntyLfLJt?s de 1'?*i' et de la vapeur, 1'rsj?"'ctiV,?:':lrr.t .Jo ''13J.n.'1[<'" d'eau et de vapeur. dans les tubms g et 1, il sc produit un accroissant de pression considérable. la vapeur produite dans le systà-
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me de tubes 1 passe maintenant par l'arbre 6 dans les tubes
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du surchauffeur 13, dans lesquels elle est chauffée à la température voulue. D'ici la vapeur passe dans la ttir,,
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bine 15.
Il est .v :;li-aa ua de frire détendre la vapeur à par- tir du milieu de la turbine, soit d-,c une direction axiale,
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soit dans une direction radiale, parce que ceci permet de
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supprimer toutes les boites à étoupes ou autres raccords qui -,- trouvant sous une haute pré s si ou.
;Le réglée du nornbr -3,- tours s'effectue en faisant varier la quantité de chaleur amenée, c' st . dire la yuan- tité de combustible. Conformément à la fiË. 6 ceci pourrait être --ffretué par le fait que 1( régulateur du nombre de tours commande If brûleur 16, Dans le cas d'un foyer à grill.-, 1 rµ,¯Jlat<ur du 2obr:
de tours pourrait aussi coin::;;à.ndr directe.uent la grille et la quantité de co!.ibusti- 'Ll'' r im< n é < un rét î'ue= d'' la quantité de liquide alimentant le 26- nérateur de vapeur peut s'effectuer de préférence dépen- damme,zt de la. t aj;éré-t rt d'' la vapeur produite, pour des raisons pratioufs, il est préférable dans l'installation dr fore.' :oticc à vapeur, L cette invention, de faire' alir la vapeur, aprss sa détente dans la première couronne rotative, su:c le -.régulateur de température, atteil- du qu.= ceci 1 s lJ pp ri :nr z' ,;i it dfs montages éventuels d sxiis l'arbre du groupe moteur. la fip. 6 montra uns toile possibilité de réelaie, A cet effet on a prévu un doit détectepr 17, cui commande la s o u, ,j ,g àe r é j. laj lez.
Ce thermoatât est actionné d'à telle sorte que dans le es d'une température de vppeui trop élevée dans la chojnbre de là turbins lé soupape de ré- E,lcè 1¯ e.i; ouverte, de fcjon permettre 1 ine plus gran- de quantité de liquide d'arriver 4,9 générateur de vapeur,
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tandis que dans le cas d'une température de vapeur trop
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basse dans la dite chnabre de turbine la soupape de régla- ge est 6trngl6e. de façon à laisser entrer moins le liqui-
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de dans le générateur de vapeur, ce qui fait monter naturel- lement la température de la vapeur surchauffée.
Comme l'installation de force motrice à vapeur conforme à l'invention doit être mise en marche à l'aide ae sources d'énergie étrangères, on peut prévoir un démarreur spécial, qui met le générateur ae vapeur en mouvement lors ae la mise en marche du groupe moteur. De ce fait la pression de la va- peur produite augmente fortement, de aorte que la turbine peut être mise en mouvement' par cette vapeur et que le aémar- reur peut ensuite être mis hors fonction.
Mais il est aussi possible a'atiliser de la vapeur étran- gère, qui est amenée par une oonduite 18 dans la première cham- bre de la turbine. Il est vrai que dans ce cas il est néces- saire de prévoir une soupape de retenue 19, qui empêche l'é- ohappement ae la vapeur par l'arbre creux et le générateur \le vapeur. Mais dès que la vapeur aans le générateur de va- peur atteint une pression plus haute, le clapet de retenue 19 s'ouvre automatiquement, de sorte que dès lors la vapeur produite aans le générateur de vapeur passe par 1'arbre creux 6 et le sufchaufeutr 13 aans la turbine 15 et met celle-oi en mouvement.
Il est à peine nécessaire de faire remarquer que l'ins- tallation ae force motrice à vapeur n'est limitée ni aux ins- tallations fixes, ni à la seule vaporisation ae l'eau. Elle peut être employée tout aussi bien dans les véhicules automo- teurs de tous genres. Elle convient admirablement pour la vaporisation du mercure, attendu que dans les installations à vapeur ae meroure il est avantageux, à couse du prix élevé au mercure et des grands préjudices hygiéniques occasionnés, par suite ae raccords,non etanches. par la lutte ae vapeurs de mercure, de aisposer n'un générateur de vapeur d'une con- tenance de liquide minimum -t ue réduire autant au possible les raccords, ce qui est le cas a un naut degré aans l'ins-
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tallation motrice à vapeur conforme à l'invention.
La iig. 7 montre à titre u'exemple comment, suivant une autre l'orme ue réalisation ae l'objet de l'invention, l'ins- tallation ue force motrjse à, vapeur primaire, conrorrùv a l'in- vcntion ot décrite préoédeament, peut être accouplée avec une installation ae chaudière fixe ordinaire, Dans cet axem- ple ue réalisation un a représenté une chaudière b, tubes mon- tants UV.0 loyer à grille mobile, 1,iais on pourrait ae mémé employer uii c r.udière seot'ionnén, une cnaunière c tubes foyers wxistunte ou toute aucro chaudière a foyer qaoloonqu-s.
Comme le montre la iigurc, Ids gaz ku loyer passent ue 1, cilailorà aC cocaustion commune 20 par la conduite 21 dans 1Q gëneruteur uo vapeur rotatif 2, pour quirt1=r celui-ci par 1u conduite 2-. 1Cs ai-cs gaz a 1G-'Tl allant ensuite à travers le iaisevau UUOUIE.1iri u la enuuuière a tubes verticaux c'n OeiYl1 iour cnuleur pour lu réchauffago du liquide contenu u.an.H ia chaudièru a cuàCs verticaux.
La Vetpour proaultc utins le générateur uc vapeur rotatif 2,2 urrive ..lors ueinti la niucnine motrice i5, uisposét5 ovoec lu générateur ae vapeur 2 bue 1c Litemu arure nt aariH laquelle elle ast plus ou moins uétenuei.
:La vopwur uLétondue quitta malnienanu la maoùino motrice 15 p-r 1. conctuitti 34 t;T, passe pur le iaisoeuu ue serpentins .g5, qui SM urouve uana ld corps supérieur uo i-a ohauaiere à faisceau tubulaire, où I.Lb ac oriuense. La vapeur conden- sé rov1c7j1Z pai' Lu conduito 6 bu générateur no vapeur rota- tif OU elle ;,st u uouvcuu vaporisée pour reoommjence'r 1C uli'.:u i'G uéc.±,J.U.
La proasion uc lu vapeur pruaairu priso uikno îa mc..ci11Y1C motrice uépenu, uam les appareils à vapeur d'eau, de la ten-
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sion de la vapeur secondaire dans la chaudière à faisceau tabulaire 27. D'une façon générale, il est préférable de choisir la pression de la vapeur quittant la machine motrice
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15 plus grande que celle que doit uvoir la vapeur secondaire. parce que dans ce cas on obtient des conditions de transmis- sion de chaleur spécialement favorables et des possibilités de construction très simples. Ces conditions dépendent en tout cas des matières soumises à le vaporisation, c'est a uire, les conditions peuvent être différentes suivant qu'on est en présence de systèmes à matiere unique, à deux matières ou à plusieurs matières.
De ceci dépend également la tension en- tre la pression de la vapeur primaire d'une part et de la vapeur secondaire d'autre part, puisque la tension de la va- peur primaire dans le corps supérieur de la chaudière à fais- ceau tubulaire 27 doit être telle qu'une chute de chaleur existe entre lu vapeur primaire qui se condense et la vapeur secondaire qui est produite.
Cet accouplement de l'installation primaire et de l'ins- tallation secondaire est particulièrement avantageux dans une installation à vapeurs de mercure. Il est connu que dans une installation à vapeurs d.e mercuer les températures de la vapeur de mercure sont encore tellement élevées, même après une dé- tente très prononcée, qu'il faut faire suivre la dite instal- lation par une installation n vapeur d'eau. Dans un tel cas, la vapeur de mercure serait produite pt détendue dans l'ins- tallation de force motrice ^ vapeur 22 15, cette vapeur de mercure produisant ensuite de la vapeur secondaire dans la chaudière 27 par sa condensation et son refroidissement.
La vapeur secondaire peut alors être utilisée dans une machine motrice 28, qui est soit accouplée avec le machine motrice 15, eoit montée séparément. L'ensemble uu groupe peut servir è. actionner un générateur de courant 29, ou l'é- nergie de travail de ce groupe peut. être utilisée de toute autre façon. S'il s'agit de produire, non pas de la vapeur secondaire utile, mais seulement de l'eau chaude, l'instal-
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lution pourra aussi être employée à cet effet par un choix judicieux des conditions de marche.
Toutefois il n'est pas toujours nécessaire de faire mar- cher le générateur de vapeur de telle sorte qu'on obtient une vaporisation totale du liquide et un séchage et un surchauffa - ge de la vapeur. La pression produite par l'action centrifu- ge peut au contraire servir aussi à produire une circulation à travers le système tubulaire.
La fig . 8 montre une réalisation de cette idée dans une forme d'exécution donnée à titre d'exemple. Comme le montre cette figure, le liquide à vaporiser est amené au générateur de vapeur rotatif du réservoir surélevé 4 par la conduite 30.
Dans le générateur de vapeur même se produit alors un mélange d'eau et de vapeur, qui quitte le générateur de vapeur par la boite à étoupes 7 pour revenir au réservoir surélevé 4 par la conduite 31. Dans ce réservoir a lieu une séparation du li- quide et ae la vapeur. La vapeur séparée quitte le réservoir surélevé par la conduite 32 pour être amenée à un endroit d'u- tilisation quelconque, tanuis que le liquide non vaporisé est ramené au générateur de vapeur par la conduite 30, pour recomme- cer le circuit décrit.
Dans ce cas le générateur de vapeur ne possède pas de 'serpentin de surchauffage 13, tel que celui qui est représen- té à la fig. 4.
La fig. 8 diffère encore de la fig. 4 en ce sens que la vapeur produite dans les tubes 1 est évacuée, non pas par des chambres 12 disposées sur l'arbre 6, mais directement par l'arbre creux 6.
Une autre forme de réalisation du générateur de vapeur conforme à l'invention est représentée aux figs. 9 et 10.
Le liquide à vaporiser arrive dans ce cas du réservoir suré- levé dans le système tubulaire 2 et passe ensuite par la
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chambre de distribution 11 dans les tubes de vaporisation 1.
Ces tubes sont disposés en quinconce, de sorte que lors de la rotation du générateur de vapeur il se produit en même temps un effet de ventilation, par lequel les gaz perdus sont aspirés dans le canal 33, amenés à travers le générateur de vapeur et évacués par la tubulure 35. Il est évidemment possible de uisposer d'une autre façon les tubes de vaporisa- tion 1, respectivement les tubes d'amenée d'eau 2, pour produ- re cet effet de ventilation. Cette disposition a l'avantage de faire passer les gaz perdus, en vue d'une augmentation de la transmission de chaleur et par conséquent de la pro- duction de vapeur spécifique, a grande vitésse à travers le générateur de vapeur, sans nécessiter le montage d'un appa- reil d'aspiration coûteux spécial.
L'enveloppe 34 qui entoure le générateur de vapeur ro- tatif peut être munie de poches ou autres analogues, dans lesquelles sont reçus pour être évacués les éléments cons- titutifs des gaz de chauffage séparés par la force centri- fuge de la rotation.
Il ressort de la description ci-dessus que le procédé de production de vapeur, conforme à l'invention, peut être appliqué dans tous les cas, où il s'agit ae Transformer de l'eau on d'autres liquides, par exemple du mercure, en va- peur destinée à produire ae la force motrice ou à être uti- lisée pour le chauffage. Grâce à la construction légère et peu encombrante du générateur de vapeur conforme à l'inven- tion, celui-ci peut être employé, i.on seulement dans les installations fixes et narines, mais aussi sur des vêhicu- les de tous genres, par exemple des voitures automobiles, des locomotives ou des avions.