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Procédé et dispositif pour la transmission de chaleur.
Pour transmettre la chaleur il était connu jusqu'ici d'employer des dispositifs transmetteurs de chaleur dans lesquels la chaleur est transmise d'un élément absorbeur de chaleur à un élément consommateur ou émetteur de chaleur à l'aide d'un fluide vaporisable transmetteur de chaleur circulant dans un système de circulation en circuit fermé, qui se vaporise de manière continue dans le premier élément, se condense dans le second élément et retourne au premier élément sous l'effet de la pesanteur. Ces dispositifs présentent plusieurs inconvénients. Pour les faire fonctionner, il faut, en effet, que l'élément consommateur de chaleur soit situé à un niveau plus élevé que l'élément émetteur de
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chaleur et que le système de circulation soit muni d'une conduite à inclinaison continue, reliant ces deux éléments entre eux.
Il est aussi nécessaire que cette conduite soit constituée soit par un tuyau de grande largeur dans lequel un liquide et une vapeur peuvent circuler simultanément en sens opposés, soit par deux tuyaux : tube de vaporisation et un tube de condensation. Suivant la présente invention, on obvie à ces inconvénients en faisant en sorte que le fluide transmetteur de chaleur soit refoulé alternativement tantôt dans un, tantôt dans l'autre sens, par une seule et même conduite, entre un élément absorbeur de chaleur du système de circulation et un élément émetteur de chaleur de ce système, sous l'influence de différences de pression de vapeur produites dans le système de circulation. De cette façon, il suffit d'un seul tuyau mince pour raccorder l'élément absorbeur de chaleur du système à l'élément émetteur de chaleur du système.
En outre l'émission de chaleur de l'élément émetteur de chaleur, qui suivant l'invention s'établit et s'interrompt alternativement, peut être opérée de manière si distinctement périodique, que le procédé et le dispositif conformes à l'invention peuvent être utilisés pour transmettre de la chaleur à des systèmes frigorifiques à absorption fonctionnant par intermittences, de sorte qu'on évite l'installation des dispositifs requis autrement pour mettre en marche et arrêter le bouilleur du système frigorifique à absorption.
Les dessins annexés représentent schématiquement plusieurs formes d'exécution de l'invention.
Fig. 1 est une coupe verticale d'un dispositif de chauffage de liquide, conforme à l'invention.
Fig. 2 montre une partie du dispositif de la fige 1, mais qui est légèrement modifiée.
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Figs. 3 et 4 montrent deux formes d'exécution différentes de l'invention appliquée à la commande intermittente d'appareils frigorifiques à absorption.
Dans la forme d'exécution représentée sur la fig.l, le chiffre de référence 1 désigne un élément absorbeur de chaleur, exécuté sous forme d'un serpentin, qui reçoit de la chaleur d'une source de chaleur 2 fournissant de la chaleur de manière continue. L'élément absorbeur de chaleur 1 est relié à la partie supérieure d'un récipient 3, à laquelle est aussi reliée l'extrémité d'un tuyau relativement étroit 4 dont l'autre extrémité est raccordée à la partie inférieure d'un collecteur de condensat 5 qui à son tour est relié à un condenseur 6. Le récipient 3 est pourvu d'un siphon aspirant 7 débouchant dans l'élément absorbeur de chaleur 1, de sorte que le récipient 3 peut se vider par le siphon 7 après qu'une certaine quantité de liquide s'y est accumulée.
Le récipient 3 est entouré extérieurement par un enrobage calorifuge 8, excepté en un point où un conduit d'air 9 est en contact avec la paroi extérieure du récipient. La section de passage du conduit 9 est réglable à l'aide d'un étrangleur 10. Le condenseur 9 est entouré par un corps d'eau 11 faisant partie d'un système de chauffage d'eau dont les tuyaux d'entrée et de sortie, etc., ne sont pas représentés. Le condenseur 6 communique avec le collecteur de condensat 5 par une section de tuyau 12 se terminant près du fond du collecteur de condensat. Le collecteur de condensat 5 est entouré par un accumulateur de chaleur 13.
Le système décrit ci-dessus n'est rempli que partiellement d'un fluide vaporisable transmetteur de chaleur.
En absorbant de la chaleur de la source de chaleur 2, ce fluide se vaporise, se rend par le tuyau 4 au condenseur 6 où il cède de la chaleur à l'eau contenue dans le corps 11, et fi-
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nalement se rassemble à l'état de condensat dans le collec- teur de condensat 5. La vapeur arrivant du tuyau 4 barbote ainsi dans le condensat et s'élève à travers le condensat et par le tube 12 jusqu'au condenseur 6. En même temps, le condensat contenu dans le collecteur de condensat 5 est chauffé légèrement, tandis que la vapeur qui peut s'échapper de la surface supérieure du condensat à l'extérieur du petit tube 12 ne peut se rendre au condenseur et est retenue dans le collecteur de condensat, de façon à céder de la chaleur à l'accumulateur de chaleur 13.
Après que le liquide contenu dans l'élément absorbeur de chaleur 1 s'est vaporisé, de sorte que la pression de vapeur régnant dans cet élément ne peut plus augmenter de manière sensible, le fluide trans- metteur de chaleur ne peut plus passer au condenseur. Etant donné que, en raison de l'existence du conduit 9, le réci- pient 3 subit un certain refroidissement, la pression de va- peur dans le récipient 3 et dans l'élément absorbeur de chaleur 1 diminue et, par conséquent, la pression plus éle- vée régnant dans le condenseur 6 et dans le collecteur de condensat 5, assurée par l'existence de l'accumulateur de chaleur, refoule le condensat du collecteur de condensat, par le tuyau 4, dans le récipient 3.
De celui-ci le condensat ne peut toutefois retourner à l'élément absorbeur de chaleur 1 avant que le condensat ne se soit accumulé dans le réci- pient 3 en quantité suffisante pour pouvoir s'échapper par le siphon.7. Pratiquement la totalité du condensat raesem- blé dans le récipient se rend alors à l'élément absorbeur, après quoi la transmission de chaleur au condenseur 6 re- commence et le processus décrit se répète.
La chaleur est ainsi transmise à l'élément con- sommateur ou émetteur de chaleur par intermittences, mais si - le système est proportionné de manière à établir entre les n --
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périodes de débit de chaleur des intervalles de temps rela- tivement brefs, le débit de chaleur peut être considère comme étant sensiblement continu. Par un changement du degré de refroidissement du récipient 3, opéré au moyen du papillon étrangleur 10, il est aussi possible de varier la fréquence à laquelle fonctionne l'appareil.
La forme d'exécution représentée sur la fig. 2 diffère de celle de la fig. 1 principalement au point de vue des dispositions prises pour refroidir le récipient 3. Les détails de la fig. 2 qui correspondent à des détails repré- sentés sur la fig. 1 sont désignés par les mêmes caractères de référence que sur la fig. 1. Le tuyau 4, représenté en partie, est destiné à être raccordé à un appareil consomma- teur ou émetteur de chaleur, comme c'est représenté sur la fig. 1. Un réfrigérant 14 est relié à la partie inférieure du récipient 3 par une conduite de condensat 15 qui débouche dans le récipient 3 à un plus bas niveau que le siphon 7. La partie supérieure du réfrigérant 14 est reliée à la partie inférieure de l'élément absorbeur de chaleur 1 par une con- duite de vapeur 16.
Le réfrigérant 14, garni d'ailettes de refroidissement, est disposé dans un conduit d'air 17 dont la section de passage est réglable à l'aide d'un papillon étrangleur 18. Etant donné que, comme on l'a mentionné ci-des- sus, l'extrémité inférieure du tuyau 15 est continuellement immergée dans le liquide accumulé sur le fond du récipient 3, il ne peut se produire aucun transport de vapeur de l'élément absorbeur de chaleur 1 au réfrigérant 14 par la conduite de condensat 15.
En outre, comme la conduite de vapeur 16 se termine dans la partie la plus basse de l'élément absorbeur de chaleur 1, un transport de vapeur de l'élément absorbeur de chaleur au réfrigérant 14 par la conduite de vapeur ne se produit qu'après que sensiblement la totalité du fluide li-
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quide transmetteur de chaleur introduit dans l'élément absorbeur de chaleur s'est vaporisée. Il en résulte que le réfrigérant 14 ne commence à fonctionner qu'après transfert d'une quantité prédéteruinée de vapeur au condenseur, après quoi il agit de manière à diminuer la pression dans le récipient 3 et dans l'élément absorbeur de chaleur et à permettre ainsi à la pression de vapeur régnant dans le condenseur 6 de provoquer le transfert de condensat au récipient 3.
TJne fois le liquide ramené à l'élément absorbeur de chaleur 1 par le siphon 7, le réfrigérant 14 se remplit de liquide par le tuyau 16 et le refroidissement du récipient cesse.
De cette façon, il ne se produit pas de pertes de chaleur appréciables durant les périodes de transfert de vapeur au condenseur. En réglant la circulation d'air dans le conduit 17 il est aussi possible de commander l'effet de refroidissement du réfrigérant 14 et, partant, aussi la fréquence de la transmission de chaleur.
Dans la forme d'exécution de l'invention, représentée sur la fig. 3, l'appareil conforme à l'invention est raccordé à un appareil frigorifique à absorption fonctionnant par intermittences, dont seul le bouilleur-absorbeur 19 est représenté sur le dessin. A une faible distance du fond du bouilleur-absorbeur 19, le tuyau 4 débouche dans un condenseur primaire 20 à capacité de chauffage élevée et bonne conductibilité thermique. Au condenseur primaire 20 est relié un condenseur secondaire 21 dont la conduite de vapeur 22 et la conduite de condensation 23 débouchent dans le condenseur primaire 20 à une faible distance du fond de celui-ci, peu au-dessus de l'ouverture d'entrée du tuyau 4 dans le condenseur primaire 20.
De cette façon, il est possible d'obtenir que la vapeur provenant du condenseur primaire ne puisse se condenser dans le condenseur secondaire qu'après
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que le condensat contenu dans le condenseur primaire est descendu à un certain niveau. Le réfrigérant 14 est relié au récipient 3 par des tuyaux 15 et 16 et est disposé de manière à se trouver en-dessous du niveau le plus élevé D du fluide transmetteur de chaleur dans le récipient 3. A l'extrémité supérieure du réfrigérant est raccordé un tube de rallonge
24 dans lequel la conduite de vapeur 16 fait saillie à une hauteur telle que son ouverture supérieure soit au-dessus du niveau D précité.
Ceci signifie que la conduite de vapeur 16, le réfrigérant 14 et le tuyau de condensation.15 ne peuvent pas commencer à fonctionner, pour vider le récipient 3, avant que le siphon 7 commence à fonctionner. La partie 24 du ré- frigérant 14 est entourée par un enrobage calorifuge déplaça- ble 25, de façon qu'on puisse régler le refroidissement de cette partie du réfrigérant. Afin de maintenir une tempéra- ture constante à l'endroit de consommation de chaleur, le récipient 3 peut communiquer avec un vase d'expansion 26, indiqué en pointillés, qui est maintenu sensiblement à la même température que celle qu'on veut maintenir au point de consommation de chaleur et qui est destiné à recueillir du fluide transmetteur de chaleur de façon à arrêter la circulation dans le système quand la pression et la température voulues y sont atteintes.
Le fluide transmetteur de chaleur, vaporisé dans l'élément absorbeur 1, se rend par le tuyau 4 au condenseur primaire 20 où il se condense en cédant de la chaleur au condenseur primaire 20 et partant aussi au bouilleur-absorbeur 19 jusqu'à ce que le condenseur 20 soit rempli de condensat jusqu'à un certain niveau. Quand le niveau du fluide transmetteur de chaleur dans l'élément absorbeur de chaleur 1 est tombé en-dessous de l'extrémité inférieure du tuyau 16, la vapeur commence à entrer dans le réfrigérant 14 par ce tuyau,
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de sorte que le réfrigérant commence à fonctionner, après quoi le fluide transmetteur de chaleur restant dans le réfrigérant se rend au récipient 3 par la conduite de condensat 15.
De cette façon, le condensat ne peut s'accumuler dans le récipient 3 qu'en quantité telle que sa surface soit en-dessous du niveau désigné par B sur le dessin, ce qui signifie que le condensat ne monte pas dans le réfrigérant 14. Quand le réfrigérant 14 fonctionne, la pression de vapeur dans le récipient 3 diminue, et quand cette pression est inférieure à la pression de vapeur dans le condenseur primaire 20, celle-ci ne peut refouler le condensat du condenseur 20 par le tuyau 4 dans le récipient 3, où la surface du condensat s'élève, tant que le niveau désigné par la lettre C n'est pas atteint, tandis que le condensat contenu dans le condenseur 20 est descendu jusqu'à l'ouverture du tuyau 4, débouchant dans le condenseur 20, de sorte qu'aucune nouvelle quantité de condensat ne peut s'en échapper à l'état liquide,
un résidu de condensat étant retenu dans le condenseur primaire 20. Quand le niveau de condensat dans le condenseur primaire 20 est descendu en-dessous des extrémités inférieures des tuyaux 22 et 23, de la vapeur entre dans le condenseur secondaire 21 et refroidit ainsi le bouilleurabsorbeur 19. Du fait que le condensat contenu dans le tuyau 4 retourne au récipient 3 et qu'ensuite de la vapeur est transférée par le tuyau 4 et une condensation se produit dans la partie supérieure 24 du réfrigérant 14, le condensat contenu dans le récipient 3 s'élève jusqu'au niveau indiqué par la lettre D, après quoi le siphon 7 commence à fonctionner pour verser le contenu du récipient 3 dans l'élément absorbeur de chaleur 1.
La pression dans le récipient 3 augmente à nouveau, de sorte que le transfert de vapeur au condenseur primaire recommence et le même processus se répète.
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En déplaçant l'enrobage calorifuge 25, on peut changer l'effet de refroidissement du réfrigérant de manière que le niveau D soit atteint plus tôt ou plus tard. De cette façon, l'intervalle entre les périodes de transfert de chaleur successives peut être réduit ou prolongé dans une mesure correspondante. Le système peut être muni d'un vase d'expansion 26 qui y est raccordé et qui est maintenu à la température maximum qu'on veut produire dans le condenseur primaire 20, de manière à assurer qu'une quantité suffisante de fluide transmetteur de chaleur soit transférée au vase d'expansion pour arrêter la circulation dans le système quand cette température est dépassée.
Dans la forme d'exécution représentée sur la fig. 4, les ouvertures des tuyaux 22 et 23 appartenant au condenseur secondaire 21 et débouchant dans le condenseur primaire 20 sont situées à un niveau plus bas que l'ouverture du tuyau 4, débouchant dans le condenseur primaire. Le réfrigérant 14 est placé plus haut que le niveau le plus élevé dans le récipient 3, et la conduite de vapeur 16, qui est relativement large, est raccordée par son extrémité inférieure à la partie la plus basse de l'élément absorbeur de chaleur 1, par une ouverture 30. Un vase d'expansion 28 est en partie directement exposé à la chaleur émanant de la source de chaleur 2, mais ailleurs est calorifugé.
Le dessus du vase d'expansion 28 est relié par une conduite 29 à la partie supérieure du récipient 3, et cette conduite s'élève de préférence au-dessus du niveau le plus haut du liquide dans le récipient 3.
Comme dans les formes d'exécution de l'invention décrites ci-dessus avec référence aux figs., 1 et 2, le fluide transmetteur de chaleur est tour à tour transmis au condenseur primaire 20, à l'état de vapeur, et ramené de ce conden-
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seur au récipient 3, à l'état de liquide. De ce fait la température du bouilleur-absorbeur 19 et, partant, la pression dans le système augmentent. Une fois une certaine pression atteinte, du liquide transmetteur de chaleur commence à se condenser dans le vase d'expansion 28. Après qu'un certain nombre de périodes de transmission de chaleur ont eu lieu, le niveau de liquide dans le récipient 3 descend à un niveau si bas que le fluide transmetteur de chaleur ne peut pas sortir par le siphon 7.
Le courant de fluide transmetteur de chaleur entre le condenseur 20 et le récipient 3 s'interrompt. Après la dernière période de transmission de chaleur le niveau de liquide dans le condenseur 20 est descendu jusqu'à l'extrémité supérieure du tuyau 4, après quoi ce tuyau s'est vidé. Une partie du fluide transmetteur de chaleur, condensée dans le condenseur 20, continue à se rendre au récipient 3 et au réfrigérant 14 à l'état de vapeur. Quand le niveau est descendu plus bas que les extrémités inférieures des tuyaux 22 et 23, un effet de refroidissement est produit sur le bouilleur-absorbeur par suite de l'envoi de vapeur au condenseur secondaire 21 où la vapeur se condense, après quoi le condensat retourne au condenseur 20.
Après que le bouilleur-absorbeur ainsi que le condenseur 20 sont refroidis à un certain degré et que la pression régnant dans le système est ainsi diminuée, le fluide transmetteur de chaleur contenu dans le vase d'expansion se va- porise et se rend au récipient 3 où il s'accumule à l'état liquide. De cette façon, le niveau de liquide dans le récipient 3 atteint finalement une hauteur telle que le siphon 7 recommence à fonctionner. Ensuite les opérations continuent comme à l'ordinaire un certain nombre de fois jusqu'à ce que le bouilleur-absorbeur reprenne sa température maximum, après quoi le processus décrit ci-dessus se répète. Le
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bouilleur-absorbeur est ainsi alternativement chauffé et refroidi pour faire fonctionner l'appareil frigorifique intermittent, non représenté.
L'invention ne doit point être considérée comme étant limitée aux formes d'exécution décrites ci-dessus et représentées sur les dessins annexés, étant donn que ces formes d'exécution peuvent être variées de diverses manières dans le cadre de l'invention. Le papillon étrangleur 10 ou 18 peut être commandé thermostatiquement de façon à régler automatiquement l'effet de refroidissement. Le corps d'eau 11 peut être remplacé par un autre consommateur de chaleur. Il peut aussi être prévu un collecteur de condensat sur les condenseurs représentés sur les figs. 3 et 4.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé pour transmettre de la chaleur d'un élément absorbeur de chaleur à un élément consommateur ou émetteur de chaleur en employant un système de circulation contenant un fluide vaporisable transmetteur de chaleur, caractérisé en ce qu'on produit un refoulement du fluide transmetteur de chaleur alternativement tantôt dans un, tantôt dans l'autre sens, par une seule et même conduite de communication, entre un élément absorbeur de chaleur du système de circulation et un élément émetteur de chaleur de ce système, sous l'influence de différences de pression de vapeur produites dans le système de circulation.