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APPAREILS DE CONTROLE DE l'ECOULEMENT DES FLUIDES.-
La présente invention a pour objet un appareil de contrôle d'écoulement de fluides et en particulier un appareil perfectionné à impédance va- riable pour contrôler automatiquement l'écoulement d'un fluide en raison des va- riations dans les conditions qui produisent cet écoulement*
De façon à mieux comprendre l'invention il est utile de rappe- ler les principes suivants: le théorème de Bernouilli pour l'écoulement des flui- des établit qu'en tout point d'un fluide qui s'écoule, existe la relation
Charge statique + charge dynamique + somme des pertes - constante
Cette équation montre que l'écoulement d'un fluide peut être réglé en contrôlant la grandeur des pertes de charge existant dans différentes conditions.
Tout homme de l'art sait que des pertes peuvent être introduites de
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de deux façons dans un fluide : 1 ) par l'introduction d'un orifice à bords aigüs ou analogues ayant un faible coéfficient d'ouverture; 2 ) par l'introduction d'u- ne augmentation trop rapide dans la section d'écoulement du fluide. Dans le pre- mier cas, la perte est due à la contraction de la veine fluide du cote de la dé- charge par rapport à l'orifice. Dans le second cas, la perte dépend du rendement de la conversion de la charge dynamique en charge statique.
Dans une réalisation de la présente invention, on a prévu,dans un système d'écoulement de fluide, une conduite et plusieurs orifices qui coo- pèrent avec elle d'une manière telle que pour certaines conditions de pression, le fluide provient d'une seule source, ou de l'une de deux sources indépendantes, et s'écoule à travers certains des orifices vers la conduite de façon à ce que se produise une contraction minima du courant fluide, le rendement de la conver- sion de la charge dynamique en charge statique étant maximum;
pour d'autres con- ditions de pression au contraire, le fluide provient de la source unique ou de l'autre des deux sources indépendantes suivant le cas et s'écoule à travers cer- tains autres des orifices vers la conduite de telle sorte qu'un maximum de con- traction de la veine liquide est produite et que le rendement de la conversion de la charge dynamique en charge statique est minimum.
Parmi'les diverses variantes de la présente invention, le des- sin ci-joint représente, à. simple titre d'exemple non limitatif, une réalisation particulière illustrant bien l'application des principes qui servent de bases à l'invention, de telle. sorte que tout homme de l'art puisse l'appliquer dans les divers cas de fonctionnement qui peuvent se présenter.
En particulier, l'objet de la présente invention est appliqué à un appareil de contrôle du tirage d'un four dans lequel, sensiblement, aucune impédance n'est imposée à l'alimentation d'air sous pression vers le four, et dans lequel une impédance relativement grande est imposée à l'alimentation d'air en tirage induit vers le four.
De plus, un objet de la présente invention est également de prévoir un système de ventilation pour un réservoir donné, dont on désire con- trôler la température, des appareils perfectionnés pour contrôler automatique- ment les proportions d'air frais et d'air ayant déjà circulé envoyé vers le réservoir suivant les variations de température à l'intérieur de ce réservoir.
D'autres objets de l'invention sont représentés également sur le dessin donné à simple titre d'exemple non limitatif et dans lequel
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Les fig. 1 et 2 représentent schématiquement une section longi- tudinale de l'ensemble de l'appareil, les veines liquides circulant dans diverses conditions étant représentées par des flèches.
Les Fig. 3 et 4 représentent, sous forme de courbes, certaines caractéristiques de fonctionnement de l'appareil représenté fig. 1 et 2.
La Fig.5 représente l'application de l'invention au contrôle du tirage d'un four.
La Fig.6 représente schématiquement une autre application de l'invention au contrôle de la circulation renouvelée d'un fluide dans un système réfrigérant.
Dans les Fig. 1 et 2, 10 représente un caisson dans l'intérieur C duquel on peut produire une pression négative (inférieure à la pression atmos- phérique) au moyen de tous dispositifs appropriés, faisant le vide (non représen- tés). Il représente une conduite destinée à amener un fluide tel que l'air par exemple, à l'intérieur du caisson 10. Cette conduite peut avoir pratiquement des formes très variées; elle a été représentée à titre d'exemple sous forme d'un tronc de cône ayant des parois lisses et allant en divergent depuis son entrée 13 vers sa sortie 12, cette dernière étant en communication avec l'intérieur de 10.
La conduite 11 constitue une forme de diffuseur bien connue par tout homme de l'art pour convertir la charge dynamique d'un courant fluide en oharge statique. pour qu'un tel diffuseur opère efficacement, ses caractéristiques de construction doivent être telles que les portions extérieures d'un courant gazeux qui le tra- verse en suivent les parois sous la forme de courants unidirectionnels, sensi- blement continus. En d'autres termes, l'écoulement circonférentiel doit se faire sans la formation de contre-courant le long des surfaces intérieures de ce dif- fuseur. Pour que le fluide suive les parois, la section du diffuseur doit aug- menter très progressivement et on doit éviter toutes causes de perturbations à l'entrée du diffuseur.
D'après les principes bien connus, les parois du diffu- seur représenté, forment avec l'axe du diffuseur un angle inférieur à celui pour lequel les couches extérieures d'un oourant pénétrant dans l'entrée 13 et dis- tribué sensiblement uniformément dans la section de cette entrée, dont toutes les parties s'écoulent à une vitesse sensiblement égale et le long des lignes sensi- blement parallèles, à l'axe du diffuseur, cesseraient de rester en contact avec les parois du diffuseur.
L'entrée 13 du diffuseur 11 est munie d'un orifice d'entrée b
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qui possède un bord aigu. du côté de son entrée, Il est connu qu'un tel orifice à bords aigus possède un coefficient d'ouverture relativement bas pour le cou- rant normal de fluide qui le traverse en venant d'une masse de fluide qui est largement en contact avec les bords de l'orifice du côté de l'entrée de ce der- nier. Des courants nuisibles sont produits à l'entrée du diffuseur par l'augmen- tation rapide de la section du courant de fluide, à travers le diffuseur, qui est introduite par la contraction du courant entrant en 13 et faisant un certain angle avec l'axe du diffuseur en raison des bords aigus de l'orifice b.
15 représente un caisson d'alimentation dont l'espace intérieur A peut être porté à une pression positive (supérieure à la pression atmosphéri- que) par tous dispositifs de compression appropriés( non représentés). 15 possè- de une ouverture de décharge a qui est séparée de l'entrée du diffuseur 11 par un espace représenté en S sur le dessin; cet espace possède le même axe que le diffuseur de façon que du fluide puisse être envoyé de A vers l'orifice b par l'ouverture a.
Pour des raisons qui seront précisées plus loin; il est pré- férable que l'ouverture a ait des bords arrondis, ayant un coefficient d'ouver- ture relativement élevé, et que l'orifice ait une section légèrement plus grande que celle de l'orifice b d'entrée du diffuseur et que sa section circu- laire corresponde à la section circulaire du diffuseur.
Pour décrire le fonctionnement de l'appareil représenté fig.l et 2, on supposera que cet appareil doit contrôler l'alimentation d'air vers l'espace C, à l'intérieur de 10 et provenant de l'espace A, à l'intérieur de 15 et de l'atmosphère qui entoure l'appareil et désigné.par B.
Si l'intérieur de 15 est soumis à une pression positive, l'air se décharge à travers l'orifice vers l'entrée 13 du diffuseur 11.
De même, si l'intérieur de 10 est soumis à une pression néga- tive, il y a tendance pour l'air atmosphérique à pénétrer dans l'entrée du diffuseur par l'espace S, et comme on le précisera plus loin la quantité d'air venant de l'amosphère dépend principalement de la différence entre les pressions qui règnent dans 1 espace A et dans l'atmosphère B.
Le fonctionnement de l'appareil sera encore mieux compris en examinant les flèches représentées fig. 1 et 2.
Quand l'intérieur C de 10 est sous une pression négative et que l'intérieur A de 15 est sous une pression positive, un courant d'air se décharge vers l'entrée 13 du diffuseur 11, par l'orifice a comme indiqué par
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les flèches de la fig. 1 qui représentent les lignes d'écoulement du courant d'air, Comme dans le dispositif représenté l'orifice a est légèrement supérieur à l'orifice et possède le même contour de¯section, les bords de l'orifice b restreignent la portion centrale du courant qui se décharge par l'orifice a, tandis que les parties extérieures de ce courant se déchargent extérieurement à travers l'espace S et s'écoulent le long de la paroi extérieure du diffuseur.
Cette portion extérieure du courant d'air qui s'écoule à l'extérieur du diffu- seur, évite toute tendance de l'air provenant de l'atmosphère B d'être entraîné vers l'entrée du diffuseur en passant pas l'espace S, par suite de l'action d'injecteur exercée par le courant qui s'écoule à travers l'entrée du diffu- qui seur. En conséquence, la partie centrale du courant/s'écoule dans l'entrée du diffuseur, est distribuée sensiblement uniformément à travers sa section, les diverses parties du courant s'écoulant à une vitesse sensiblement uniforme et en suivant des lignes sensiblement parallèles à l'axe du diffuseur.
En dimen- sionnant convenablement les unes par rapport aux autres les dimensions des ori- fices a, b, et de l'espace S, on peut réduire au minimum la quantité d'air qui se décharge à l'extérieur de l'entrée du diffuseur tout en conservant son effet de blocage.
Dans les conditions ci-dessus, l'orifice utile de a correspond à l'entrée du diffuseur et le coefficient d'ouverture d'entrée de ce diffuseur est sensiblement égale à 1, par conséquent le courant d'air entre dans le dif- fuseur avec une très faible perte de charge et sensiblement sans contraction*
De même, le diffuseur a été construit comme on l'a indiqué plus haut, de telle sorte qu'il ait un rendement maximum quand un courant de fluide traverse son entrée, comme on vient de le décrire à l'instant, aucun courant nuisible n'étant introduit à son entrée, le courant s'écoulant unifor- mément comme indiqué par les flèches de la fig. 1, la perte de charge à travers le diffuseur étant minima.
En conséquence, dans les conditions de pression positive, un minimum d'impédance est imposé au courant d'air provenant de l'intérieur de 15 pour aller à l'intérieur de 10, et pour une chute de pression donnée à travers l'appareil, on assure le passage d'un courant maximum de fluide.
D'autre part, quand l'intérieur A de 15 est à la pression atmosphérique et que l'intérieur 0 de 10 est sous une pression négative, un courant d'air n'est plus déchargé de l'orifice a vers l'entrée 13 du diffuseur
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11, de la manière dont on vient de le décrire plus haut;
et le courant d'air vers l'entrée du diffuseur provenant de l'atmosphère B par l'espace S n'est plus bloqué, L'orifice b devient l'entrée effective du diffuseur et l'air pénètre, en venant de l'atmosphère vers le diffuseur, en faisant un angle relativement grand avec l'axe du diffuseur, comme indiqué par lès flèches de la Fig.2;de la sorte le faible coefficient d'ouverture à l'entrée du diffu- seur, se traduit en une perte de charge notameblement plus grande à l'entrée que celle qui existait dans les conditions de pression positive envisagées dans le paragraphe précédent.
En outre, la contraction du courant'd'air en- trant dans le diffuseur par l'orifice b produit des courants nuisibles le long des parois du diffuseur, comme indiqué par les flèches, qui troublent l'écoulement de l'air à travers le diffuseur, causent un mauvais rendement de ce diffaseur et entraînant une grande perte de charge. La perte de charge totale à travers l'appareil, pour une pression négative, dues à l'effet de l'orifice à bords aigus, et au mauvaise fonctionnement du diffuseur est de beaucoup plus grande que la perte de charge totale à travers l'appareil, pour une pression positive.
Les Fig.3 et 4 montrent des courbes qui représentent les résultats d'essais et de calculs relatifs au fonctionnement de l'appareil de contrôle d'écoulement construit d'après la présente invention. De ces courbes on peut déduire que la grandeur de la pression négative nécessaire pour pro- duire un écoulement donné d'air à travers l'appareil est environ 18 à 20 fois plus grande que la grandeur de la pression positive nécessaire pour produire le même écoulement à travers l'appareil*
Quand l'espace C est soumis à une pression négative constante, en même temps que l'espace A est soumis à une pression positive variable, si la pression diminue à l'intérieur de A, la force de la décharge à travers l'o- rifice a diminue également, avec diminution correspondante de d'effet de blo- cage produit dans l'espace S.
On peut atteindre un point pour lequel l'air commence à passer en quantités de plus en plus grandes à travers l'espace S, vers l'entrée 13 du diffuseur 11, et en provenance de l'atmsophère; l'impé- dance, présentée au courant d'air à travers le diffuseur, augmente donc quand la pression diminue dans l'espace A. En conséquence, on voit que la variation des différences entre les pressions de A et de comprises entre zéro et celle pour laquelle l'air commence à entrer dans le diffuseur en provenant de B ,
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produit une variation dans l'impédance du courant à travers le diffuseur, cette variation étant inversement proportionnelle à une fonction de la différence.
D'après les principes servant de base à la présente invention, comme on vient de le voir plus haut, il est évident pour tout homme de l'art que l'invention n'est pas limitée aux détails de l'orifice de décharge , de l'espace S et de la conduite d'alimentation 11 et que les appareils mettant en pratique l'invention peuvent prendre des formes très variées pour lesquelles on peut obtenir divers degrés d'impédance ou de restriction du courant du fluide à travers l'appareil, en changeant les conditions de pression positive ou néga- tive ou vice et versas Il est également évident que l'invention peut être uti- lisée avec autant d'avantages pour contrôler l'écoulement d'un fluide autre que l'air, auquel cas l'espace A de 15 peut être alimenté par un fluide d'une cer- taine nature;
l'espace B pouvant constituer une seconde source de fluide de na- ture différente, en communication avec l'entrée de la conduite 11 par tout dis- positif approprié correspondant à l'espace S. Les expressions "positives" et les caressions "négatives" sont utilisées ici dans un sens relatif, car si l'on se réfère à l'échelle absolue des pressions, les pressions supérieures et inférieures à la pression atmosphérique sont en réalité des pressions positives de grandeurs différentes. Ceci étant, il est évident qu'un appareil construite selon la présente invention, fonctionnera aussi bien dans les cas où l'espace C est soumis à une pression positive donnée, alors que les espaces A et B sont soumis à des pressions positives plus élevées, la pression positive de l'espace A pouvant varier par rapport à celle de l'espace B.
La Fig.5 représente une application de l'invention au contrôle de l'alimentation en air de combustion pour un four 16 muni d'une conduite 17 qui, suivant des principes bien connus, sert pendant le fonctionnement du four, à produire un courant induit d'air à travers ce four. 18 représente un venti- lateur utilisé pour produire un courant d'air forcé à travers le four. Le ven- tilateur est actionné de toute manière appropriée, par exemple par un moteur électrique 19.
Dans cette application de l'invention au contrôle du tirage d'un four, il est préférable de créer d'une part,une faible Impédance au courant d'air traversant le four sous l'action de la pression positive produite par le Ventilateur et d'autre part, une'très haute impédance au courant d'air à travers le four sous l'action de la pression négative produite par la conduite 17. On cherche à réduire au minimum les pertes de charge de l'alimentation en air de
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combustion vers le four à tirage forcé, de façon à réduire autant que possible les dimensions du ventilateur produisant ce tirage forcé. Toutefois, si le courant d'air à travers le four, lorsqu'il est uniquement produit par tirage induit, suit le même chemin que celui produit par le ventilateur, la perte de charge est évidemment encore petite.
On peut toutefois objecter à ceci que le courant d'air causé par le tirage naturel quand le. conduite 17 est encore chaude
Immédiatement après l'arrêt du ventilateur et du four, peut approcher de celui qui est créé par le tirage forcée Ceci pourrait résulter d'une combustion trop rapide du combustible à l'intérieur du four, après arrêt, et conduirait à sur- charge. Par suite * il est désirable d'imposer un minimum d'impédance ou de restriction, à l'alimentation d'air vers le four par le ventilateur et d'imposer un maximum d'impédance ou de restriction à l'envoi d'air à travers le four, au moyen de la cheminée 17 produisant le tirage induit quand le ventilateur n'est pas en fonctionnement.
Revenant à la fig.5, 11 d@signe la conduite d'alimentation ou diffuseur montée de toute manière appropriée, par exemple au moyen de boulons représentés en 20, sa sortie étant montée d'une façon étanche avec l'ouverture de tirage du four 16* La sortie du ventilateur 18 présente le dispositif 15 dont il a été question plus haut. Cette sortie est munie d'un orifice de déchar- ge a à bords arrondis et se trouve à une certaine distance de l'entrée à du diffuseur 11, ces deux organes.! et b ayant même axe*
L'appareil de contrôle représenté fig.5 fonctionne de la même façon que celui représenté dans les fig. 1 et 2.
Quand le four fonctionne et que le ventilateur 18 l'alimente en air de combustion, un cousant d'air est déchargé sous pression depuis la sortie 15 et l'orifice vers l'entrée de l'orifice b du diffuseur 11 et de là à travers le diffuseur, vers l'intérieur du four* Gormne on l'a dit plus haut, dans ces conditions, l'impédance imposée au courant d'air à travers le diffuseur est minima, et par conséquent, pour une même chute de pression créée par le fonctionnement du ventilateur, une Quantité maxima d'air passe à travers ce diffaseur.
Lors de l'arrêt du four et de la cessation du fonctionnement du ventilateur, l'espace S n'est plus bloqué par la décharge provenant de l'orifice a. et de l'air provenant de l'atmosphère passe, à travers cet espace S, vers l'orifice d'entrée à du diffuseur, produi- sant ainsi au passage de l'air à travers le diffuseur, une impédance qui est notablement plus grande que celle qui serait imposée par le ventilateur au re-
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repos. Dans ces dernières conditions, la quantité d'air à travers la conduite 17 est minima pour une chute de pression correspondant à la chute de pression mentionnées ci-dessus, mais produite par l'action de la conduite 17 à tirage induit.
On voit ainsi que l'appareil de contrôle de courant fonctionne automa- tiquement et sans l'usage d'autres parties mobiles d'un régulateur pour produire un réglage très sensible de l'alimentation en air du four.
Pour aider à comprendre entièrement la construction d'un appa- reil de contrôle perfectionné conforme à l'invention, on indique ci-dessous les calculs permettant de voir la manière dont sa/ construction dérive des équations mathématiques* On supposera que l'on désire connaître les caractéristiques de l'appareil, telles que teprésentées dans les Fig. 1, 2 et 5, on fera de plus les hypothèses suivantes ;
1 ) - la variation de densité de l'air pendant son passage à travers l'appa- reil est négligeablo, Cette supposition est ordinairement faite dans les pro- blèmes de circulation d'air dans lesquels les changements de pression sont fai- bles et les vitesses de circulation, comparativement basses, comme dans les problèmes de ventilation de machines.
2 ) - on suppose que les conditions atmosphériques sont : température = 70 F pression = 14,7 livres par pouce carré,
3 )- les effets de la pesanteur sont négligeables.
On utilisera dans les calculs les notations suivantes A2 =surface d'orifice en pieds carrés.
Ceci représente l'orifice effectif dans des conditions particu- lières de l'entrée du diffuseur. Comme indiqué précédemment, l'orifice a est l'entrée effective dans les conditions de pression positive et l'orifice b est l'eatrée effective dans les conditions de pression négative, A3 = section de l'extrémité de sortie du diffuseur en pieds carrés.
Q = volume de la décharge en pieds cubes par minute.
# = densité de l'air.
U1 = vitesse du courant d'air avant d'entrer dans l'orifice d'entrée, en pieds par minute.
U2 - vitesse du courant d'air après avoir quitté l'orifice d'entrée, en pieds par minute,
U3 = vitesse du courant d'air à la sortie du diffuseur en pieds par minute.
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C = coefficient d'ouverture.
E = rendement du diffuseur, qui peut être défini comme le rapport de la varia- tion de charge statique à la variation de charge dynamique à travers le diffuseur. pouce h = charge dynamique en @ d'eau. p - charge statique en pouce d'eau.
H = charge totale - p - h
Les indices 1,2 et 3 se réfèrent aux conditions avant d'entrer dans l'orifice A2, immédiatement après avoir quitté l'orifice A2, et à la sortie du diffuseur respectivement,
Dans les conditions atmosphériques supposées, le coefficient d'ouverture C peut être déterminé d'après l'équation suivante :
EMI10.1
Yo /* É /4 /l' dans laquelle Q représente le volume d'air en pieds cubes à la minute, A la surface de l'orifice en pieds carrés et P la chute de pression à travers l'ori- fice, en pouce d'eau.
Egalement dans les conditions atmosphériques supposées, la charge statique qui ,en général, est 1/2 f U, peut être écrite (1) g =- f -### ) pouces d'eau <in lIQ-1 9 UGeS d'eaU et, puisque U - q A (21 -7 J pouces d'eau \.//4J D'après la définition du rendement du diffuseur, la perte de charge totale dans le diffuseur peut être écrite: (3) </Yj ' (/-ÈÎÎ- '.) ou H =(- VÔO "4 ) pouces d'eau Dans l'équation ci-dessus,pour donner le coefficient d'ouver- ture et qui est la suivante : (4) va 10 (! Il.(. /-P la quantité P est la perte de charge totale à travers l'orifice plus la charge dynamique du côté de la sertie où (5) p ,/-1., ., (ro.
A, ) pouces d'eau, De (4) et (5) la perte de charge totale à travers l'orifice
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est:
EMI11.1
(6) fi = u: ) Y/1- ..:: -t) pouces dteau, , En additionnant les équations (3) et (6), la perte de charge totale est (7) ./#/---/- pouces d'eau.
/.e yolol i . -
Les calcules de chute de pression pour diverses valeurs de Q peuvent être déduits directement de l'équation (7), On voit que la seule dif- férepce dans l'équation (7) pour les cas où le ventilateur fonctionne ou ne fonctionne pas, réside dans les valeurs de 0 et E, puisque dans ces calculs on peut supposer que la valeur de A2 est la même dans les deux cas, A2 étant la surface d'entrée effective du diffuseur dans les conditions particulières de fonctionnement,
Les caractéristiques de l'appareil construit selon l'invention peuvent être déterminées en substituant dans l'équation (7) les dimensions réel- les.
Par exemple, on suppose un appareil ayant un diffuseur dont les dimension$ sont : diamètre à l'entrée (orifice b) = 2 pouces; diamètres à la sortie (sortie 12) = 4 pouces; angles des parois du diffuseur avec son axe = 7 , En ce qui con- cerne cette dernière dimension, on a trouvé que l'angle de 7 s'approche de la valeur maxima pour laquelle le diffuseur fonctionne efficamement sans formation de courants nuisibles, quand le fluide est déchargé vers son entrée sous la forme d'un courant distribué sensiblement uniformément dans toute cette entrêa, toutes les parties du courant circulant à une vitesse sensiblement uniforme et le long dee lignes sensiblement parallèles à l'axe.
D'après les données habi- tuelles, les valeurs des coefficients d'ouverture sont approximativement de 0,98 pour l'orifice a à bords arrondis et de 0,60 pour l'orifice b. à bords aigus, Un espace d'un 1/2 pouce est prévu entre les deux orifices. D'après des données empiriques, on peut supposer que le rendement d'un diffuseur ayant les caracté- ristiques ci-dessus ait approximativement 90% quand un courant d'air est déchar- gé vers l'orifice d'entrée b à la manière décrite ci-dessus; ce coefficient est àpproximativement de 25% quand de l'air pénètre dans l'orifice d'entrée b, en provenance de l'espace S.
Ainsi, en prenant respectivement comme valeur némérique des diamètres A2 et A3 les valeurs 2 et 4 pouces, l'équation (7) se réduit à:
EMI11.2
(s) ¯ ', 3 0 x/v -V1tL -n, OG-z,J-o/Jl.r:Jl(A4d
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Comme on' l'a dit plus haut, lorsque le ventilateur fonctionne, l'orifice à bords arrondis est l'entrée effective du diffuseur et il possède un coefficient d'ouverture C = 0,98. Egalement dans ces conditions, la valeur du rendement du diffuseur est E = 0,90. Avec ces valeurs numériques, l'équation donnant la perte de charge totale à travers l'appareil, avec fonctionnement du ventilateur est la suivante t
EMI12.1
(9) fi c-7J/<9 J 1'1 /c'6<.
(9) -1 11 J = --1,ll}( /0 't' I -u dlaoe
Lorsque le ventilateur ne fonctionne pas, l'orifice b devient l'entrée effective du diffuseur et son coefficient d'ouverture 0 est 0,60.
D'après les données précédentes, le rendement du diffuseur dans ses conditions, est de 0,25. Utilisant ces valeurs numériques dans l'équation (8), cette équa- tion donnant les pertes de charge totales à travers l'appareil devient :
EMI12.2
(iol -1 J:: 6,/.l...²)< /<J 'i' /--10 d û6UL
Des équations (9) et (10) on peut déduire par points les cour- bes telles que celles représentées fig.4, pour déterminer les valeurs de chute de pression correspondant au volume de courant d'air compris entre 0 et 150 pieds cubes à la minute, à la fois lorsque le ventilateur fonctionne et lorsque le ventilateur est à l'arrêt, dans le cas d'un appareil de contrôle ayant les dimensions données ci-dessus,
Avec les dimensions en question, on voit par l'équation (8) que
EMI12.3
la perte de charge totale à travers l'appareil,
pour chacune des conditions de fonctionnement, est proportionnelle à la quantité: Q t l C L a, 0 dtr- (}11Jj.J'0
En substituant les valeurs de C et de E qui furent précisées dans le cas de fonctionnement ou d'arrêt du ventilateur, on trouve qu'en cas d'arrêt du ventilateur, la chute de pression à travers l'appareil est 18,3 fois plus grande que la chute de pression à travers l'appareil, dans le cas de fonc- tionnement du ventilateur, pour une même quantité d'air. On peut ainsi voir que lorsque le ventilateur est arrêté, le courant d'air d'iminue à moins de 24 pour cent de sa valeur primitive.
On a représenté fig.6 une seconde application de l'invention destinée à contrôler la circulation renouvelée de l'air dans un système réfri- gérant. 21 représente un dispositif à décharge électrique alimenté pour le secteur 22 et qui donne de la chaleur pendant son fonctionnement, il doit être
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bien compris qu'un tel dispositif est uniquement donné à titre d'exemple et qu'on pourrait substituer tout autre dispositif dégageant de la chaleur et dont on désire maintenir la température entre des limites déterminées, par circulation d'air autour de lui. Le dispositif est contenu dans une enveloppe 23 munie de dispositifs d'entrée et de sortie représentés respectivement sous forme de conduites 24 et 25.
Ces conduites sont construites de telle façon que leurs extrémités ouvertes se trouvent opposées l'une à l'autre, à une certaine distance. La sortie 12 de cette conduited24 est montée en regard de l'entrée 26 de la conduite 24 à une cretaine distance 27 de celle-ci, Pour obtenir le meilleur fonctionnement de l'appareil, il est préférable, mais il n'est pas nécessaire, que la section de la sortie 12 du diffuseur soit égale ou légè- rement supérieure à celle de l'entrée 26 de la conduite 24. L'embouchure 13- du diffuseur s'ouvre dans l'atmosphère et, comme on l'a décrit plus haut, elle est pourvue d'un orifice d'entrée bien affilé b.
L'entrée 32 en forme de cloche convergente de la conduite de fluide 33 est disposée en face de la sortie 30 du tube d'extraction 25 à une certaine distance 31 de cette dernière, La sortie de la conduite 33 présente la forme d'un orifice arrondi 1 disposé axialement avec le diffuseur 11 et espacé de l'entrée du diffuseur comme indiqué en 8. Il est préférable, bien qu'il ne soit pas nécessaire que l'entrée 32 de la conduite.33 présente une section légèrement supérieure à la sortie 30 de la conduite d'extraction 25*
Pour faire circuler l'air dans l'enveloppe 23 sur le disposi- tif dissipateur de chaleur 21, le ventilateur 34 est pourvu d'une conduite d'entrée 24 adjacente à l'ajutage d'entrée 26. Il est entraîné par un moteur électrique 35 ou par tout autre moyen approprié connecté à la ligne d'alimen- tation 36.
Un ventilateur analogue 37 est placé dans la conduite 33 adjacente à l'entrée 32 et est disposé pour être entraîné par un moteur électrique 38 ou tout autre moyen approprié connecté également à la ligne d'alimentation 36. Le moteur 35 est connecté directement à la ligne 36 de façon qu'il tourne à itesse constante pour envoyer un volume constant de fluide dans la con- duite d'entrée 24 et dans l'enveloppe 23. D'autre part, pour des raisons données plus haut, il convient que le ventilateur 37 soit entraîné à diffé- rentes vitesses, et, dans ce but, le moteur 38 est connecté à la ligne d'ali- mentation 36 par l'intermédiaire d'une résistance variable ou de tout autre dispositif de contrôle de vitesse 40 et d'un contact mobile 41.
Le contact 41
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est disposé à l'extrémité mobile d'un dispositif thermostatique 42. Ce dis- positif représenté à titre d'exemple comme étant du type à fluide expansible, présente une extrémité 43 qui plonge dans l'enveloppe 23 à proximité du dis- positif à décharge 21 de façon à être influencé par la chaleur qu'il rayonne.
La résistance 40 du contact 41 et le dispositif thermostatique 42 constituent un dispositif de contrôle sensible à la chaleur pour le moteur 38. Les moteurs 35 et 38 peuvent être connectés à la ligne d'alimentation 36 par l'intermédiai re d'un interrupteur manuel 44.
Le but de l'appareil représenté à la Fig.6 est de maintenir le dispositif à décharge 21 à une certaine température constante ou dans une certaine gamme de température quelle que soit la température extérieure à l'enveloppe 23, Cette régulation est obtenue en modifiant les proportions d' air de re-circulation et d'air frais dans l'enveloppe 34. Dans certaines conditions, la quantité d'air de recireulation peut être nulle et dans d'au- tres conditions, la quantité d'air frais peat être pratiquement nulle. Entre ces deux conditions extrêmes, il convient d'obtenir toutes les proportions relatives possibles entre la quantité d'air de recirculation et d'air frais.
Le ventilateur 34 et le moteur 35 fonctionnent à vitesse constante lorsque l'interrupteur 44 est fermé pour envoyer un volume d'air de refroidissement constant à travers le système. Le ventilateur 37 et le moteur 38 ont pour fonction de contrôler les proportions d'air de recirculation et d'air frais envoyés à l'enveloppe 23. Le moteur 38 et, par conséquent, la vitesse de fonc- tionnement du ventilateur 37 sont contrôlés au moyen du contact mobile 41 frottant sur la résistance variable 40 et dont les mouvements dépendent des variations de température de l'enveloppe 23.
Le dispositif thermostatique 42 est réglé de façon que,lorsque le dispositif à décharge électrique 21 fonctionne à la température voulue, toute la résistance 40 est hots circuit et le moteur 38 reçoit le maximum d'excitation d'où il résulte que le ventilateur 37 tourne à sa vitesse maxi- mum.
Dans ces conditions, le ventilateur 37 entraine une grande quantité d'air de recirculation de la conduite d'extraction 25 et envoie cet air à travers l'orifice dans l'orifice d'entrée b. du diffuseur 11, de telle manière que, comme exposé précédemment, l'impédance opposée au flux d'air de recirculation à travers l'orifice a et le diffuseur 11 soit minimum, L'air de recirculation est par conséquent envoyé un grande quantité vers la sortie 12 du diffuseur
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et censtitue la majeure proportion de l'air entrainé dans la conduite d'en- trée 24 par le ventilateur 34. Il en résulte que la quantité d'air frais de l'atmosphère entraîne à travers l'espace 27 dans l'entrée 26 du tuyau 24 est faible.
D'autre part, lorsque la température du dispositif à décharge 21 atteint une valeur limite élevée, l'élément thermostatique 42 insère le maximum de résistance 40 dans le circuit du moteur 38 pour diminuer sa vi- tesse. Dans ces conditions, le ventilateur 37 et l'orifice rétréci , offrent une telle impédance à l'écoulement de l'air à travers la conduite 33 que, pra- tiquement, tout l'air de recirculation venant de l'enveloppe 23 par la sortie 30 de la conduite 25 se décharge dans l'atmosphère à travers l'espace 31, Comme le ventilateur 37 ne continue pas à envoyer un flux d'air à travers l'orifice a dans l'orifice b ,l'espace S n'est plus obstrué et l'air s'écoule à travers ce dernier dans l'orifice d'entrée Il du diffuseur 11 suivant un certain angle par rapport à l'axe du diffuseur, et,
comme précédemment décrite l'impédance opposée à l'écoulement de l'air à travers le diffuseur est alors très élevée, ce qui diminue la quantité d'air venant de la conduite 25 à tra- vers la conduite 33 et le diffuseur 11 vers l'ajutage 26 de la conduite 24, De cette façon, comme l'Impédance opposée à l'air traversant le diffuseur pré- sente maintenant sa valeur maximum, le ventilateur 34 qui doit forcer un volu- me d'air réfrigérant constant à travers l'ajutage 24 de l'enveloppe 23, en- traîne une plus grande quantité d'air atmosphérique dans la conduite à travers l'espace 27 assurant ainsi le refroidissement maximum du dispositif à décharge électrique 21,
Pour des températures intermédiaires, du dispositif à décharge électrique,
l'élément thermostatique 42 insère des partions variables de la résistance 40 dans le circuit du moteur 38. Il en résulte que le moteur fonc- tionne à vitesse variable et que le ventilateur 37 envoie des quantités d'air variables dans l'entrée du diffuseur 11 par l'orifice Dans ces conditions, l'impédance opposée à l'écoulement de l'air de recirculation à travers le diffuseur varie en raison inverse de la quantité de cet air qui travetse l'orifice a et la quantité d'air frais entraînée dans l'entrée 26 de la con- duite 24 à travers l'espace 27 varie pratiquement en proportion inverse de la quantité d'air traversant le diffuseur.
De cette façon, on peut voir que l'appareil de contrôle conforme à l'invention, permet un contrôle très sen-
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-sible des proportions relatives d'air de recirculation et d'air frais en- voyées dans la 'boîte 23 pour refroidir le dispositif à décharge 21.
L'invention réalise ce contrôle en évitant l'emploi des régis- tres et diaphragmes mobiles habituels.