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Générateur de vapeur à chauffage médiat du fluide de travail.
Pour la production, de vapeur par chauffage médiat du fluide de travail, on a chauffé d'abord au moyen de gaz de fumées, un' véhicule de chaleur se trouvant sous une forte pression et on l'a partiellement vaporisé et ensuite la vapeur produite a été précipitée à nouveau dans de.s échangeurs de chaleur spéciaux, par débit de chaleur au fluide de travail. Le véhicule de chaleur circulait en circuit fermé, dans les générateurs de vapeur connus de ce genre, doit par l'action, de la pesanteur, soit au moyen d'une pompe de cir- culation. spéciale.
Dans le cas de chaudières à circulation naturelle de ce genre, il se produit les mêmes conditions peu sûres de circulation.que dans les chaudières normales à circulation naturelle, c'est à dire quten cas de changement de charge, il est-possible qu'il se produise dans des zônes déterminées de température, une inversion de la circulation ou un arrêt complet.
Dans le cas de la chaudière à circulation forcée à chauffage médiat, il faut, pour maintenir la consommation de force motrice de la pompe de circulation dans des limites
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admissibles économiquement, approprier la production de vapeur par tube à la chute de pression admissible. Il en résulte un grand nombre de tubes à monter en parallèle et par suite Les difficultés connues à répartir le véhicule de chaleur uniformément en correspondance avec le chauffage dans les tuyaux pour toutes les charges. La sécurité dans la répartition implique un excès d'eau relativement grand, rapporté à la quantité de vapeur produite.
Il est en outre connu d'employer, comme véhicule de chaleur pour le chauffage médiat du fluide de travail, de la vapeur surchauffée qui cède sa chaleur de surchauffe dans des échangeurs de chaleur spéciaux, de nouveau au fluide de travail à vaporiser. On monte alors alternativement en série plusieurs éléments absorbant la chaleur et cédant la chaleur. Le véhicule de chaleur se trouve sous une pression plus faible que le fluide de travail de sorte qu'il ne peut pas se condenser dans les éléments cédant de la chaleur.
L'inconvénient de cette production médiate de vapeur réside dans le grand volume du véhicule de chaleur, de sorte qu'il faut un grand nombre d'éléments tubulaires, et en outre dans le fait que, pour les éléments tubulaires absorbant la chaleur, il faut prendre un matériau particulièrement réfractaire, qui est coûteux de façon correspondante. A ceci s'ajoute encore le fait que la transmission de chaleur en cas de vapeur chaude est beaucoup plus mauvaise que dans le cas d'eau bouillante et que il faut par conséquent,pour une même production de vapeur, une surface de chauffe beaucoup plus grande.
Ces inconvénients sont évités suivant la présente invention en cas de production. médiate de vapeur.
Suivant la présente invention, il est proposé, pour la production de vapeur par chauffage médiat, que le véhicule de chaleur parcourre successivement des éléments tubulaires montés en série et que des éléments tubulaires absorbant la chaleur et des.éléments tubulaires cédant de la chaleur, pla-
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cés dans u-n réservoir contenant un fluide de travail, se fassent suite plusieurs fois. Le mélange d'eau et de vapeur produit dans un élément absorbant la chaleur cède de nouveau sa chaleur'de vaporisation dans un élément situé dans la chambre d'eau du réservoir, par condensation de la vapeur qu'il contient. Ce processus se répète dans, le flux d'écoulement du véhicule de chaleur plusieurs fois.
Comme là vapeur'produite est' toujours condensée à nouveau, le valume du véhicule de chaleur n'augmente pas, malgré l'absorption de chaleur continuelle. Les éléments parcourus par le véhicule de chaleur peuvent par conséquent être faits en des, tronçons de tubes relativement peu nombreux mais très longs qui sont conduits de telle façon que tous les tronçons de tubes traversent toutes les zônes de température du générateur da vapeur. Pour la circulation. naturelle, on obtient dans un générateur de vapeur suivant la proposition de L'invention, dans les tronçons de tubes peu nombreux,des conditions de circulation déterminées sans ambigüité et parfaitement claires. Il ne peut pas arriver que par exemple,en cas de. changement de charge, il se produise un arrêtou une inversion de. la circulation.
L'avantage est encore plus grand dans les générateurs de vapeur à circulation forcéc. Les tronçons tubulaires peu nombreux peuvent facilement être conduits de telle manière qu'ils ont appro- ximativement la même absorption de chaleur pour toutes les charges, de sorte que la répartition du véhicule de chaleur dans les différents tronçons de tubes n'offre'aucune diffi- culté.
A ceci s'ajoute encore le fait que, suivant le procédé proposé, la stabilité de la circulation, est considérablement améliorée, de sorte que, pour un chauffage identique en soi des tronçons de tubes, il ne peut plus arriver que, dans un tube, il. se produise principalement un chauffage et dans lautre principalement une vaporisation, vu que dans lés surfaces de chauffe cédant de la chaleur, il se produit seulement une cession de chaleur notable par condensation de va-
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peut et ¯J.'e..iú3i on cas d'apport de chaleur, il doit se pr6seu-'Ver une vaporisation, car en cas contraire, il ne se produit pasd'évacuation. de chaleur.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide des exemples de réalisation suivant les fig.l à 4.
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- la fij. 1, on a représenté en coupe longitudinale un ;êm8ra-t¯r de veneur à e1.ai;fàée médiat et à circulation. forcée du véhicule de eh-aleur. Le corps cylindrique d'évaynat:io, dans lequel la vapeur d.e service est produite par chauffc.ge médiat du fl.uide,ds travail, a été désigné par 1. La poupe 2 refoule un véhicule de chaleur, de préfé- rence de. l'eau, dans un tronçon de tube fermé 3 dans lequel
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il y eu cn série des éléments de tubes 4,4t,4ss, etc., montés $ la suite l'un de l'autre, absorbant de la chaleur, entre lesquels sont intercales des éléments de tubes. 5,5',5" cédant de la chaleur.
Dans chaque élément de tube 4,4',4" ab-
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sorbe11-';; de la chaleur, le véhicule de chaleur est vaporisé plas ou moins.fortement et le mélange d'eau et de vapeur produit est précipité à nouveau dans les éléments 5,5' ,5", cédant de la chaleur, placés dans le corps cylindrique de va- porisation 1. La chaleur de vaporisation est alors cédé. au fluide de travail tandis que le véhicule de chaleur arrive à nouveau à relouent du tube suivant absorbant de la. chaleur pour céder sa chaleur de vaporisation de nouveau absorbée, dans l'élément de tube subséquent cédant de la chaleur.
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Du dernier él-éààent cédant de la chaleur, le véhicule de cha- leur est conduit de nouveau à la pompe. Le nombre des éléments montés à la suite l'un d.e l'autre dépend de la puissance du générateur de vapeur ainsi que de le. chute de p res- sion permise dans le tronçon tubulaire fermé 5 On peut monter en parallèle plusieurs tronçons tubulaires: Pour le di-
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mensionnement des éléments tubulaires -5 , 5 ' , 5" .. , cédant de la. chaleur, le choix de la surpression du véhicule de chaleur par rapport à la pression de service est important.
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La surface de chauffe des éléments de tubes 5, 5 su peuttre e d'autant plus petite que la- différence de pression est plus
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élevée et vice-versa .
L'eau d'alimentation entre dans l'évaporateur en 6 et la vapeur de service produite est prise en 7.
Dans le circuit du véhicule de chaleur, on a intercalé un collecteur 8 dont la capacité est au moins égale à la capacité du circuit des éléments 4,4 1,411 .... et 5,5',5",....
Le collecteur 8 est raccordé par le haut au moyen d'une conduite 9 à la chambre de vapeur du corps cylindrique 1 de vaporisation. Dans la. conduite 9, on a disposé une soupape d'obturation 10 et une soupape de retenue 11. Dans la chambre de vapeur du collecteur 8 se trouve un serpentin de refroidissement 12 qui peut être bloqué, par une soupape 13. Cette dis- positidn permet de remplacer de la manière suivante les pertes par fuite dans le circuit du véhicule de chaleur.
Lorsque, dans le collecteur 8, le niveau de l'eau est descendu trop bas, on. ouvre la soupape 10 et la soupape 13 dans des périodes de faible charge, par exemple dans des pauses du fonctionnement. De l'eau froide s'écoule alors à travers le serpentin 12. Par condensation de vapeur dans la chambre de vapeur du collecteur 8, la pression. du véhicule de chaleur s'abaisse en-dessous de la pression de service, de sorte que la soupape de reten.ue 11 s'ouvre et qu'il passe du corps cylindrique 1 de vaporisation de la vapeur, par condensation, de laquelle le niveau de l'eau dans le colledteur 8 s'élève de nouveau jusqu'à ce que l'eau de perte soit complètement cou- verte. On referme alors les soupapes 10 et 13.
Dans la forme de réalisation décrite, un élément 4a de la surface de chauffa absorbant de la chaleur est placé dans .la partie supérieure du carneau 16 des gaz de fumées, derrière un surchauffeur 15 dans lequel la vapeur de service est surchauffée.
Dans la forme de réalisation suivant la fig.2, l'évaporateur 1 a la forme d'une chaudière à tubes de fùmées. Ces tubes de fumées 17 ne: sont pas complètement représentés pour plus de clarté. Les. éléments 4,4',4" ...., absorbant de la chaleur du circuit 3 ont ici la forme de tubes de refroidis-
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sèment de la chambre du foyer. Les éléments 5,5'5", placés entre ceux-ci et cédant de la chaleur, sont conduits dans la chambre dteau de la chaudière à vapeur 1.
Les barreaux de la grille plane 18 peuvent avoir une forme creuse et être raccordés au circuit du véhicule de chaleur. Ceci a l'avantage que la section de passage peut être relativement petite vu qu'un encrassement intérieur ntest pas possible de sorte que les barreaux de grille reçoivent également malgré le refroidissement des dimensionsminimes seulement et qu'il reste suffisamment de section.libre pour l'air de combustion.
Les éléments 5,5',5" cédant de la chaleur peuvent aussi être enroulés en hélice pour qu'on puisse se tirer d'affaire avec un espace aussi petit que possible.
La fig. 3 montre une autre forme de réalisation éco- nomisant encore de la place. Le mélange d'eau et de vapeur produit à partir du véhicule de chaleur s'écoule ici par le tuyau 19 dans le corps cylindrique 1 de vaporisation. A l'intérieur du corps cylindrique 1, on a raccordé, dans la chambre d'eau, au tuyau 19 un tube 20 qui est pourvu d'un certain nombre de petits trous et est entouré d'un tube-enveloppe extérieur 5. La conduite de retour 21 est raccordée au tube-enveloppe 5. Le mélange d'eau et de'vapeur sortant par les trous du tube 20 jaillit contre la paroi intérieure du tube-enveloppe 5, contre laquelle la vapeur est précipitée.
Pour la production de vapeur aussi séche que possible, il peut être avantageux de diviser aussi fortement que possible la surface de chauffe cédant de la chaleur et de la répartir autant que possible dans le contenu d'eau total du corps 'cylindrique 1. La fig.4 montre un exemple de cette forai de réalisation. La conduite d'amenée 19 se ramifie ici en quatre tubes 22 de petit diamètre, qui sont reliés de nouveau, à l'extiémité opposée, à un tube de retour 21 commun. Les tubes intermédiaires 22 peuventêtre reliés par des vissages 23 de façon détachable aux tubes d'arrivée et de départ 19 et 21, de sorte qu'on peut les remplacer facilement ou les débarrasser des incrustations.
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De même que la vaporisation, le réchauffage du fluide de travail peut également se faire par chauffage médiat.
Au lieu d'eau, on peut choisir également comme véhicule de chaleur d'autres liquides qui ont une. chaleur de vaporisation élevée. L'emploi de mercure par exemple ou d'un mélange de diphényl donne l'avantage que ces liquides se vaporisent déjà- sous une pression relativement basse à. une température élevée, de sorte que le circuit du véhicule de chaleur est placé seulement sous une pression minime.
La présente invention permet d'une manière simple un séchage de la vapeur de service à l'aide du véhicule de chaleur comme le montre la fig.5. On dispose à cet effet dans lè corps cylindrique 1 de vaporisation un tube.24 de prise de vapeur. Dans ce tube, se trouve placé un serpentin 25 parcouru par le véhicule de chaleur. Les particules de'li- uide éventuellement entraînées par la vapeur de service sont alors vaporisées, de sorte qu'il ne sort du corps cylindrique 1 que de la vapeur sèche.
Par suite de la température élevée du véhicule de chaleur, un réglage de la température de la vapeur chaude est possible également , comme le montre la f ig.6. Dans la conduite de vapeur 26, on a disposé un réservoir 27 contenant un serpentin 28 parcouru par.'le véhicule de chaleur. Dans ce réservoir, la vapeur de service est surchauffée complètement ou partiellement au préalable avant d'entrer dans le surchauffeur 15 proprement dit. La quantité de vapeur traversant le réservoir 27 est réglée en fonction de la température finale de la vapeur chaude par une ouverture plus ou moins grande de la vanne 29. La vapeur non chauffée au préalable se rend immédiatement au surchauffeur 15 en passant par la conduite de contournement 31 pouvant être obturée plus ou moins fortement par la vanne 30.
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Steam generator with medium heating of the working fluid.
For the production of steam by mediated heating of the working fluid, a heat vehicle under high pressure was first heated by means of flue gas, a heat carrier under high pressure and partially vaporized and then the steam produced. was precipitated again in special heat exchangers, by flow of heat to the working fluid. The heat vehicle circulated in a closed circuit, in known steam generators of this kind, owing to the action of gravity or by means of a circulation pump. special.
In the case of boilers with natural circulation of this kind, the same unsafe circulation conditions occur as in normal boilers with natural circulation, that is to say that in the event of a load change, it is possible that it occurs in determined zones of temperature, a reversal of the circulation or a complete stop.
In the case of the forced circulation boiler with medium heating, it is necessary, in order to keep the driving force consumption of the circulation pump within limits
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admissible economically, adapt the production of steam per tube to the admissible pressure drop. This results in a large number of tubes to be mounted in parallel and hence the known difficulties in distributing the heat vehicle uniformly in correspondence with the heating in the pipes for all loads. Safety in the distribution implies a relatively large excess of water, in relation to the quantity of steam produced.
It is further known to employ, as a heat carrier for the mediated heating of the working fluid, superheated steam, which transfers its superheating heat in special heat exchangers, back to the working fluid to be vaporized. Several heat-absorbing and heat-transferring elements are then mounted alternately in series. The heat vehicle is under a lower pressure than the working fluid so that it cannot condense in the heat-releasing elements.
The disadvantage of this mediated production of steam is the large volume of the heat carrier, so that a large number of tubular elements are required, and furthermore that for the heat-absorbing tubular elements it is necessary to It is necessary to take a particularly refractory material, which is correspondingly expensive. Added to this is the fact that the heat transmission in the case of hot steam is much worse than in the case of boiling water and that therefore, for the same production of steam, a much larger heating surface is required. big.
These drawbacks are avoided according to the present invention in the case of production. vapor mediate.
According to the present invention, it is proposed, for the production of steam by medium heating, that the heat vehicle successively passes through tubular elements mounted in series and that the heat-absorbing tubular elements and the heat-releasing tubular elements, pla -
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cés in a reservoir containing a working fluid, follow one another several times. The mixture of water and steam produced in a heat-absorbing element relinquishes its heat of vaporization again to an element in the water chamber of the tank, by condensing the vapor therein. This process is repeated in the heat vehicle flow stream several times.
As the vapor produced is always condensed again, the value of the heat carrier does not increase, despite continual heat absorption. The elements traversed by the heat vehicle can therefore be made of relatively few but very long tube sections which are conducted in such a way that all the tube sections pass through all the temperature zones of the steam generator. For traffic. natural, one obtains in a steam generator according to the proposal of the invention, in the few tube sections, circulation conditions determined without ambiguity and perfectly clear. It can not happen that for example, in case of. load change, a shutdown or reversal of. the circulation.
The advantage is even greater in forced circulation steam generators. The few tubular sections can easily be conducted in such a way that they have approximately the same heat absorption for all loads, so that the distribution of the heat vehicle in the different tubing sections does not offer any difficulty. - cultured.
To this is also added the fact that, according to the proposed method, the stability of the circulation is considerably improved, so that, for an identical heating per se of the tube sections, it can no longer happen that, in a tube , he. heating takes place mainly and in the other mainly vaporization, since in the heating surfaces giving off heat only a noticeable heat transfer occurs by condensation of vapor.
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can and ¯J.'e..iú3i a case of heat input, it must occur vaporization, because otherwise no evacuation occurs. heat.
The invention is described below in more detail with the aid of the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 4.
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- the fij. 1, there is shown in longitudinal section a; m8ra-t¯r of huntsman to e1.ai; fairy mediat and circulation. forced from eh-aleur's vehicle. The cylindrical body of evaynat: io, in which the service vapor is produced by heating the mediated age of the fluid, in the work, has been designated by 1. The stern 2 delivers a heat vehicle, preferably of . water, in a section of closed tube 3 in which
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there was a series of tube elements 4,4t, 4ss, etc., mounted one after the other, absorbing heat, between which are interposed tube elements. 5.5 ', 5 "yielding heat.
In each piece of tube 4,4 ', 4 "ab-
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sorb11- ';; of heat, the heat vehicle is vaporized more or less strongly and the mixture of water and steam produced is precipitated again in the elements 5.5 ', 5 ", releasing heat, placed in the cylindrical body 1. The heat of vaporization is then transferred to the working fluid while the heat vehicle arrives again from the next heat-absorbing tube to give up its re-absorbed heat of vaporization, back into the heat of vaporization. subsequent tube element releasing heat.
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From the last element releasing heat, the heat vehicle is driven back to the pump. The number of elements mounted one after the other depends on the power of the steam generator as well as the. pressure drop allowed in the closed tubular section 5 Several tubular sections can be connected in parallel: For the di-
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dimensioning of the tubular elements -5, 5 ', 5 ".., releasing heat, the choice of the overpressure of the heat vehicle in relation to the operating pressure is important.
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The heating surface of the tube elements 5, 5 can be even smaller as the pressure difference is greater.
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high and vice versa.
The feed water enters the evaporator at 6 and the produced service steam is taken at 7.
In the heat vehicle circuit, a collector 8 has been inserted, the capacity of which is at least equal to the capacity of the circuit of the elements 4.4 1.411 .... and 5.5 ', 5 ", ....
The manifold 8 is connected from above by means of a pipe 9 to the vapor chamber of the cylindrical vaporization body 1. In the. pipe 9, a shut-off valve 10 and a check valve 11 have been arranged. In the vapor chamber of the manifold 8 there is a cooling coil 12 which can be blocked by a valve 13. This arrangement makes it possible to replace the losses by leakage in the heat vehicle circuit as follows.
When, in the collector 8, the water level has fallen too low, we. opens valve 10 and valve 13 in periods of low load, for example in breaks in operation. Cold water then flows through the coil 12. By vapor condensation in the vapor chamber of the manifold 8, the pressure. of the heat vehicle drops below the operating pressure, so that the check valve 11 opens and passes from the cylindrical body 1 for vaporization of vapor, by condensation, from which the water level in collector 8 rises again until the waste water is completely covered. The valves 10 and 13 are then closed.
In the embodiment described, a heat absorbing heater surface member 4a is placed in the upper part of the flue gas flue 16, behind a superheater 15 in which the service steam is superheated.
In the embodiment according to FIG. 2, the evaporator 1 has the form of a fùmées tube boiler. These flue tubes 17 are not: are not fully shown for clarity. The. elements 4,4 ', 4 "...., absorbing heat from circuit 3 here have the shape of cooling tubes.
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seed from the hearth bedroom. The 5.5'5 "elements, placed between them and giving off heat, are conducted into the water chamber of the steam boiler 1.
The bars of the flat grid 18 may have a hollow shape and be connected to the circuit of the heat vehicle. This has the advantage that the passage cross-section can be relatively small since an internal fouling is not possible so that the grid bars also receive despite cooling only minimal dimensions and that there remains enough free section for the cooling. combustion air.
The heat-releasing 5.5 ', 5 "elements can also be helically wound so that one can get by with as little space as possible.
Fig. 3 shows another embodiment which saves even more space. The mixture of water and steam produced from the heat vehicle flows here through the pipe 19 into the cylindrical vaporization body 1. Inside the cylindrical body 1, there has been connected, in the water chamber, to the pipe 19 a tube 20 which is provided with a number of small holes and is surrounded by an outer casing tube 5. The Return line 21 is connected to the jacket tube 5. The mixture of water and steam exiting through the holes in the tube 20 shoots up against the inner wall of the jacket tube 5, against which the vapor is precipitated.
For the production of steam as dry as possible, it may be advantageous to divide the heating surface giving off heat as strongly as possible and to distribute it as much as possible in the total water content of the cylindrical body 1. Fig. .4 shows an example of this realization forai. The supply pipe 19 branches here into four tubes 22 of small diameter, which are connected again, at the opposite end, to a common return tube 21. The intermediate tubes 22 can be connected by screwings 23 in a detachable manner to the inlet and outlet tubes 19 and 21, so that they can be easily replaced or freed from encrustation.
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Like vaporization, heating of the working fluid can also be done by mediated heating.
Instead of water, one can also choose as a heat carrier other liquids which have a. high heat of vaporization. The use of mercury for example or of a mixture of diphenyl gives the advantage that these liquids already vaporize under a relatively low pressure at. high temperature, so that the heat vehicle circuit is placed only under minimal pressure.
The present invention allows in a simple way drying of the service steam with the aid of the heat vehicle as shown in fig.5. There is for this purpose in the cylindrical body 1 of vaporization a tube 24 of vapor intake. In this tube is placed a coil 25 through which the heat vehicle passes. The particles of liquid possibly entrained by the operating steam are then vaporized, so that only dry steam leaves the cylindrical body 1.
Due to the high temperature of the heat carrier, an adjustment of the temperature of the hot steam is also possible, as shown in fig. 6. In the steam line 26, there is disposed a tank 27 containing a coil 28 through which the heat vehicle passes. In this tank, the service steam is completely or partially superheated beforehand before entering the superheater 15 proper. The quantity of steam passing through the tank 27 is regulated as a function of the final temperature of the hot steam by a more or less large opening of the valve 29. The steam not previously heated goes immediately to the superheater 15, passing through the heating pipe. bypass 31 which can be closed more or less strongly by the valve 30.