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Appareil pour la réfrigération, à l'aide d'une faible réserve d'eau de rérfigération, de l'eau de condensation d'une machine à vapeur à circuit fermé,
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Dans les machines motrices à vapeur, la condensation de la vapeur d'échappement présente plusieurs avantages ; elle permet une augmentation du rendement (elle est par- ticulièrement favorable dans le cas des tur- bines à vapeur); elle permet la réutilisation de l'eau condeneée, c'est-à-dire de faire fonc- tionner la machine avec un circuit d'eau et de vapeur fermé, ce qui évite les dépôts dans la chaudière et, dans le cas de chaudières à va- porisation instantanée, l'entraînement de par- ticules calcaires jusqu'à la machine.
La condensation se heurte cependant à d'importantes difficultés lorsqu'on ne dispose, pour la réaliser, que d'une faiblé quantité d'eau de réfrigération, comme c'est spécialement le cas dans les locomotives.
La présente invention a pour but de ré- soudre ces difficultés. Elle a pour objet un appareil pour la réfrigération,à l'aide d'une faible réserve d'eau de réfrigération, de l'eau de condensation d'une machine à vapeur à circuit fermé.
Cet appareil se distingue essentiellement par le fait qu'il comporte un condenseur pour la vapeur s'échappant de la machine, un échan- geur de chaleur recevant l'eau de condensation à refroidir, une faible réserve d'eau de ré-
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frigération alimentant ledit échangeur, et un dispositif de soufflage d'air permettant de créer un courant d'air au contact de l'eau ré- frigériante se trouvant dans ledit échangeur, de manière à. provoquer une évaporation forcée de cette eau.
Le condenseur forme, avec l'échangeur de chaleur, un circuit fermé dans lequel ne circule que de l'eau.
Grâce à cet appareil, d'une part, la quantitéd'air qu'il est nécessaire d'insuffler au contact de l'eau réfrigérante, l'énergie con- sommée pour ce soufflage et la surface d'échange sont considérablement réduites, par rapport à celles d'un aéra-condenseur, et, d'autre part, eu égard à la très grande chaleur de vaporisation de l'eau, la quantité d'eau consommée par évapo- ration pour un refroidissement donné est faible, de sorte que l'appareil peut fonctionner avec une faible réserve d'eau de réfrigération.
Dans l'échangeur de chaleur, une partie de l'eau de réfrigération peut, par exemple, ruisseler à l'extérieur de tubes dans lesquels circule l'eau condensée à refroidir, et l'air insufflé peut circuler entre les dits tubes.
Dans une autre forme de réalisation de l'échangeur de chaleur, les tubes dans lesquels circule l'eau condensée à refroidir peuvent
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b s'cl1er da.n3 um yWi '3 a e 1 y e de réfrigéra- tion, et on, fait brbot3 l'pir 7..ïlSzi-Z ¯ a.s cette eSTI de r¯ ¯=.io2o L&4 co" J.1 ''.le.: ':= 1. \.; ;;. "1.: G :: -C .. î' jE v ..i;--'i'' ¯.. ¯ Il: af 1.::1 ..-' ¯ ¯ ... .2:..1: '-:''- et :29.r s::.:-¯¯e 3-i- Ul .
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LCSq2 f invention e z+ 2Sp:iue aux loco::lctives, la vïudz e, 12. -2 échine à vc.ß,eT.r et le condenseur peuvent être montés sur 1 , loco- met ive :;;;r 8};>l.'G ::.:mt .lite et 1 échan g eur de cha- leur avc sa faible réserve 5! eau..ie réfrigéra- tien sur le t"'l1dra L F inirr-ii 1 cn '8tlt très v'-'.nt8.8'Qse;::J,el1t être appliquée f:i1.lX locro.ves '. vaporisation 3nsfintanée, en rs-rtioulisr à celles ai sont décrites au brevet J:Toq-1/J.ff.q{jCaff..ll ter + 'Il =uater) , et cest sous cette forme c'applica- tion tjrpi=ne utelle sera décrite ai-agrè?, à titre cr '[ e:
K9.1le Le d3SsiT.l annexé représente schéa.tiq.'H-e# ment , à, simple titre àfereià91ez, explicatifs et non limitatifs, de1..l forces de réalisation de 1z^nroe.reil selon l'invention, monté $ur des loco-'
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motives de ce type.
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La figol est une vue en élévation, avec parties en coupe à tune locomotive et de son ten-
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der comportant une l;r e¯:iè:t8 forCle de réalisa- tion de l'appareil selon l'invention;
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La fig.2 montre schématiquement la dispo- sition des différentes parties de cet appareil;
La fig.3 est une vue analogue à la fig.1,
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mais d'une .eu.xiè#." forne e d réalisation;
La fie.4 est une coupe, verticale a travers le tender de cette deu:Ü8,.,e for.J.6 de ré8.1is, Í"icn, f<.Üte salon 1'0 ligne IV-IV de la fivù3; et
La fig.5 est une vu analogue à la fig.2, mais se rapportant à la deuxième forme de réalisation.,
Dans t'eûtes les figures du dessin, les mêmes chiffres de référence indiquent des organes analogues.,
Dans les deux formes de réalisation re- présentées, la locomotive 10 proprement dite est accouplée à un tender 11 et les différents organes de l'appareil selon l'invention sont répartis sur la locomotive et le tender,
Un magasin à combustible 12 comporte à sa partie centrale un corps vertical réfractaire 13 au bas duquel se forme un talus d'éboulement
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(non r 3pre sentE±). la surface de ce talus conti- tue 1,:, foyer 14 ali-entant la chaudière 15. Les gaz de combustion quittent le foyer 14 passent d'abord dans une chambre de combustion 16,
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puis dans une ^I=.¯:re de co.itasitio== co'lé:en- taire 17 a'%.--'.2î -'f..'(-2-ji2['Y' la r-h:").eièr8 15. Il::' sont aspirer par un ventilateur 18, <r-r#.n±s :9:r u......-. 'icte"r électrique 19 et s'échappent par la cheminée ±0. L'air ccsburant et 102 gs:z de c onbn z t 1 on q >nt .-1 n:. i a'a i un tirage fer ce.
La ponpe de la locomotive proprsment dite présente un carter SI de forme aérodynamique dans lequel 8'"" trouve un moteur électrique 22 e#itrs.9na.nt un -:ntilateu-r 2::: Ce dernier ionsti- tue le èi T ositif de sO'CLJ:flaE;.6 d'air coopérant avec 17échan6ur <? e chs1eu.r porté rar le tender 11.
Des o=xies 1¯é13e 24 et une ouïe supérieure 25 sont forcées p2r 'hiatus existant 8n+r8 la loco-.
Dct ive et le tender. Grtce S 1::;;, for:::ne aérodyna- mique du carter 21, il se crée un appel 3 pair par 1 =s or=tes 24. et 25 venant seconder Inaction du ventilateur 22.
Un 'ü..ote-u- Diesel 26, monts dans le carter 21 de la prer-isre fcrsp d'exécution et derrière la cabhie de pilotage 1a:s la deuxième 1'0:;:':.128 z exécution, en'Lr.ne une V ratiice électrique destinée a fcur'3ir -2¯ '.?'2'!J.:::?nt ^-'1¯z¯ mQi"J71J:rs nu.xi- li2ires de service de la machine, ntû..;:ent aux
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moteurs 19 et 22 des ventilât pur s.
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En référence plus Dal'tiet..l..lièr".:.'Bl1"t aux figures 1 et 2, représentant 18. Ir a¯¯ir e ferme
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de ion, on -voit ue la vap3ur produite dans la chaudière 15 est envoyée p r un tuyau 66 à une -turbine à -vapeur 27 entraînant une géné- ratrice électrique 28.
Cettedernière fournit du courant à trois moteurs principaux de traction 29 entraînant les roues motrices de la locomotive, et à quatre moteurs secondaires 30 de traction entraînant les roues du tender.
La vapeur s'échappant de la turbine 27 passe dans un condenseur 31. Celui-ci peut avan- tageus ement êtredu système à 'jet ou à lames d'eau, par exemple, du type connu Westinghouse-Leblanc.
L'eau condensée sort du condenseur par un conduit 32. Une partie de cette eau est prélevée par une pompe 33 d'alimentation de la chaudière, dont 34 est la conduite d'aspiration et 35 la conduite de refoulement menant à la chaudière 15. On remarquera qu'une partie de lteau et la vapeur de l'appareil effectuent un premier circuit fermé, A, à savoir : pompe 33, conduite 35, chaudière 15, turbine 27, condenseur 31, conduit 32, conduite d'aspiration 34, pour revenir à la pompe 33.
La très majeure partie de l'eau de con- densation chaude passant dans la conduite 32 est dirigée sur un extracteur d'air 36 et, de là, sur l'échangeur de chaleur indiqué d'une manière géné- rale par 37. L'eau refroidie dans cet échangeur
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en sort en 58 et retourne par une conduite 19 au condenseur 51., On a ainsi un deuxième circuit fermé B parcouru unicuesient par de l'eau, à savoir: condenseur 51, conduit 32, extracteur d'air 36, Éc;neu de chaleur 37, conduite 8 et 39, pour revenir au G02:''enSeu- 31 Les deux circuits f,:>.c.:Lés A et B ont a#- - r ,'tie ::0,.. U-1J.8 constituée px.r 1e COll:' ':;n.8;r 31 et le conduit Z.
Alors :,;,U'3 le tcr 3'¯:î r circuit A pc.s::d e un ---é'bi't# masse eau ou 9 e vapeur éGal 9 1, le :euxiè2e circuit B r'::;!.;:C4 un c1{Dit-:.l8.Ee GtS due :tC.2c"'..:e de 25 à 300 I,'{-:-:I;.' l1,¯6'..1:Jé' de chaleur 27 est c::"''lStitU3 11::"'1.. t)1 :""2éea.l.l 40 ?" e tre'= TIo:abr811X 1-<x zes, roseau figuré 58htmati'.J.eJlent par un quadril1s.:;e et dans
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lequel circule l'eau de condensation à refroidir
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venant de lextr5.cteur cP E'.ir E6. De 1 e aa réfri- Óél.'è11te ruisselle à l'extérieur des tubes de ce réseau. Elle est ri1j:tie sur ceux-ci par des T'.1b s 5.; arrosage 41, disposés en ".:2. rti au hCJ:l t
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du J:'.o:Be2.'D- 4.0 et en partie s l'intérieur ëts C a r 4 peau., de ":::.nià:::e a ? repartir convoi?.'blasent le risse:188t de l'sau LfiaBL9nte e s cna Inaction de 1.?. re.7it t d i-- 3c7=fl'::s 4 d 1 a i:c .
Les tubes 41 zcni li.1nts 7 l:8 u2e 42 uissnt :n2 ; 2-1 'serve ë r 25.:1 d'2 ïT11"-ïClo
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L5 Figi>ozitiàn générais de ch....¯y a¯ 57 est telle, c o#ue o n ¯e voit, que l'eau, d'arro-
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S8.c.e est ::'011.:,11: e L un violent ccurant d'air provoqué par le ve-til:.;
eu-r 25 aidé par l'aspi- ration à travers 1'hiatus entre la locomotive et le tender courant d'air qui uit le par-
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cours inc'i¯ué Far les flèches 440 Ce courant d''air provoque e 1 ' év ap or a.t 1 cn forcée de 1 ? eau réfrigérante ruisselant sur le réseau 40 de tubes et le passage de cet air coopère avec l'évaporation de l'eau pour refroidir l'eau de condensation qui traverse les tubes du réseau 400 L'air charge d'humidité s'échappe à l'ar- rière du tender, comme le montrent les flèches 45.
L'eau réfrigérante qui n'a pas été évaporée, est recueillie au bas de l'échangeur 37 dans un réceptacle 46 et est réintégrée dans la réserve 43 par une pompe 47 et un tuyau 48 muni d'une soupape de retenue 49.
La partie de l'eau deréfrigération qui n'est pas évaporés parcourt elle aussi un circuit fermé C, à savoir: réserve d'eau 43, pompe 42, tubes 41, réceptacle 46, pompe 47, tuyau 48, pour revenir à la réserve 45
On remarquera que le premier circuit fermé A, qui comporte de l'eau et de la vapeur, est entièrement compris dans la locomotive proprement dite, alors que le deuxième cir- cuit fermé B, Qui ne comporte que de l'eau,
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est rdd-,rti sur cet:
-e locomotive et le tender - Des tuyaux souples 50 relient la locomotive au tender, ils ne @ont done parcourus que par de
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leaui ce ==1 p8r¯¯st de Teur donner une se:ti+n acceptable. En outre, un ro.ust jcint universel 51 assure le centrale corrJt -Lu v,ntila..teur 2E au sein du tender 11, nonobstant les mouvements angulaires relati-fs entre ce tender et la locomo- tiveo Le troisième circuit fermé a n'est parcouru que par l'eau de réfrigération et entièrement porté par le tender.
En référence plus particulièreaux fi-
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gures 3 à 5, représentant schématiqueme-1t la deuxiè- me forme de réalisation e l t'a:2par9il selon l'in- vention, on voit que la vapeur fournie par la chaudière 15 est envoyée à une machine à pistons 52 actionnant directement les roues motrices 53 de la locomotive. La vapeur d'échappement de la machine 52 passe dans un condenseur 31 qui peut
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avantageusement, co.?..¯e dans 1- ,::i .r y -'Orme de réalisation, être un conc e:z::eur I7estin=1.io.ase-- Leblanc. L'eau de condensation chaude est dirigée, par une conduite 32, Sur un extracteur d'aig 36.
Elle est évacuéede ce dernier par une conduite 54 sur laquelle est branchée la conduite 34 d'aspiration
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d'une poupe E5 5'ili#ie#atàiono Cette 1'O.:1pe prélève une partie de l'eau condensée chaude et l'envoire, par la conduite de refoulement 35, à la chaudière 15.On remarquera qu'une partie de l'eau et la vapeur de l'appareil parcourent un premier circuit
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fermé A, à savoir; pompe 33, conduite 35, chau- dière 15, machine 52, condenseur 31, conduite 32, extracteur d'air 36, conduite 54, conduite deaspi- ration 34, pour revenir à la pompe 33.
La très majeure partie de l'eau de condensation chaude sortant de 1''extracteur 36 est envoyée par le prolongement de la conduite 54 dans l'échangeur de chaleur 37 monté dans le tender. L'eau de conden- sation, une fois refroidie, sort en 38 de l'échangeur et retourne, par la conduite 39, au condenseur 31.
L'eau de condensation parcourt ainsi un deuxième circuit fermé B constitué par le condenseur 31, la conduite 32, ltextracteur d'air 36, la conduite 54, l'échangeur de chaleur 37, les conduites 38 et 39, pour revenir au condenseur 31. Ce circuit fermé B est parcouru uniquement par de l'eau. Les tuyaux souples 50, faisant partie de ce circuit et ui relient la locomotive au tender, ne seront donc par- courus que par de l'eau, ce qui permet de leur donner une section acceptable.
L'échangeur de chaleur 37 est constitué par un résequ 40 de tubes, situé au haut du tender et placé dans un bac 55 divisé longitudinalement en plusieurs compartiments, ici u nombre de quatre.
Ce bac comporte dans son fond des orifices 56 d'entrés dl'air et il est situé dans une cuve 57, dont le volume libre est plus grand que la capacité du bac 55. Une pompe 42 puise 1èau de réfrigération dans la réserve 43 et l'envoie, par les tuyaux 58, dans le bac 55.
Dans le cas où ce bac est comparti-
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mente, chacun des compartiments est desservi par une pompe individuelle d'alimentation. Cette disposition n'a pas été représentée pour la clarté du dessina Les excédents d'eau de ces comparti- ments sont ramenés à la réserve 43 par les trop- pleins 59.Une partie de l'eau de réfrigération parcourt donc un circuit fermé C, à savoir: réserve 43, pompe 42, tuyaux 58, bac 55, trop- pleins 59, pour revenir à la réserve 43.
L'air aspiré par les ouïes 24 et 25 est refoulé par le ventilateur 23; il suit le parcours des flèches 60, 61, 62, 63 et 64 (voir les flèches 62 sur la fig.4). A partir du ventilateur 23, cet air est forcé dans un couloir 65 dont la section va en diminuant, de sorte qu'il passe, comme l'indiquent les flèches 62 et 63, dans la cuve 57, puis, en suivant les flèches 64, pénètre dans le bac 55 par les orifices 56. Cet air barbote dans l'eau réfrigérante contenue dans le bac 55 et provoque ainsi une évaporation forcée de cette eau. La dispositition des orifices 56 dans le fond du bac assure tout à la fois un barbotage intime de l'air dans l'eau réfrigérante et une circulation de cet air autour des tubes du réseau 40.
Le refroidissement résultant ce cette évaporation coopère puissamment avec le refroidissement dû au passage de l'air pour la réfrigération ce l'eau condensée à refroidir qui traverse les tubes du réseau 40. L'air chargé de vapeur d'eau s'échappe
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au haut du tender comme le montrent les flèches 45. Le refroidissement provoqué par l'évapora- tion de l'eau sous l'action du courant d'air est très intense et permet la marche de l'appa- reil avec une réserve d'eau 43 relativement faible.
Lorsque la locomotive est au repos et que le ventilateur 23 est arrêté, l'eau se trou- vant dans le bac 55 n'est plus soumise à la pression du courant d'air; elle retombe dans la cuve 57 à travers les trous 56. Sitôt que le ventilateur 23 est remis en marche, la pression de l'air renvoie l'eau dans le bac 550
Les trop-pleins 59 maintiennent le niveau de l'eau réfrigérante dans le bac 55 à une hauteur pratiquement constante, que l'on choisira inférieure à 25 om, afin de réduire la puissance nécessaire au soufflage à une va- leur acceptable.
Comme on l'a indiqué précédemment, un moteur Diesel 26 entraîne une génératrice pour l'alimentation des moteurs des services auxiliaires et, en particulier, des moteurs électriques 19 et 22, des moteurs des pompes 33, 42 et 47 et de celui du condenseur 31. Ce moteur 26 constitue une source motrice indé- pendante de celle de la chaudièreo
Les formes de réalisation de l'inven-
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tion, décrire ci-dessus en référence au dessin annexé, ne sont données qu'à simple titre d'exemple, et il est évident que toutes modifications peuvent être apportées aux dé- tails de l'invention sans toutefois sortir du cadre de cette dernière.