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"Procédé et appareil pour créer de façon cyclique un phénomène de cavitation dans un courant de liquid".
La présente invention concerne un appareil et un procédé destinés à engendrer ce que l'on appelle des cavités dans un ré- seau de liquide, sur une base de récurrence cyclique, de manière à faciliter le mélange, le nettoyage ou tout autre opération du même genre à l'intérieur dudit réseau de liquide.
L'utilisation de dispositifs à ultrasons pour créer des cavités dans un réseau de liquide et l'utilisation desdites
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cavités dant. in ( el., in nombre d'opérations t-el1<..-' que le nettoya- ge de tuyauteries et le mélange de liquides, par exemple, sont bien connus.
Toutefois , la création de cavités au moyen de disposi- tifs à ultrasons nécessite ordinairement l'utilisation d'un oscil- lateur électronique et d'un transducteur associés, et un tel appa- reil est, par sa nature même, quelque peu compliqué et onéreux.
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Conformément à la présente invention, on a créé un appa- reil destinéà engendrer, de façon cyclique @ dans un milieu liquide, cet appareil comprenant une soupape comportant un alésage d'entrée, deux alésages de sortie et une soupape battant sur son siège agencée de mariere à Forter alternativement contre chacun desdits alésages de sortie en y bloquant l'écoulement du liquide.
L'entrée de la soupape est couplée à une conduite à tra- vers laquelle, par exemple, le liquide à mélanger est pompé, tan- dis que les alésages de sortie sont couplés à des conduites de sortie dont la longueur est égale à au moins plusieurs fois leur diamètre, ces conduites communiquant avec un récipient d'emmagasi- nage ou réservé à une autre utilisation ou bien étant recyclé par l'intermédiaire de la soupape. Le liquide se trouvant dans les conduites de sortie est toujours soumis à une pression suffisante pour provoquer l'arrêt du débit de manière à remplir les cavités après leur formation .
Lorsque la matière est pompée à travers l'obturateur, la soupape battante est éloignée de sa position centrale et ferme brusquement l'un des alésages de sortie, ce qui soumet le liquide se trouvant au-delà du point de fermeture à une tension, en engendrant ainsi des cavités dans le liquide. Avec la disparition des cavités ainsi créées du fait de l'inversion d'écoulement du liquide au-delà de la soupape battante, cette dernière est amenée à sa position ouverte, puis porte contre le siège de l'autre alésage de sortie, en en provoquant ainsi la fermeture.
Des cavités sont engendrées à nouveau dans la conduite de sortie fermée brusquement et leur disparition provoque l'ouver-
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ture de la soupape battante et, de façon cyclique et répétée, la soupape battante porte à nouveau contre son siège de manière à fer- mer alternativement chacune des branches de sortie. Les branches de sortie peuvent être des conduites dans lesquelles se produit une émulsion, c'est-à-dire un,mélange des liquides qu'ellescon- tiennent ou bien elles peuvent, par exemple être constituées par des tubes ou autres parties d'un échangeur de chaleur.
La présente invention sera mieux comprise et des avan- tages supplémentaires apparattront au cours de la description qui va suivre pour laquelle on se reportera au dessins annexé, sur lequel :
La figure 1 est une vue schématique d'un marteau d'eau cyclique conforme à la présente invention.
La figure 2 est une élévation-coupe partielle d'un pre- de mier mode/réalisation d'une soupape battante qui est agencée en vue de son utilisation dans la présente invention.
La figure 3 est une vue schématique d'un marteau d'eau cyclique à soupapes multiples et conforme à la présente invention.
La figure 4 est une vue schématique d'un échangeur de chaleur agencé conformément à la présente invention.
On a représenté sur le dessin et particulièrement sur la figure 1 un appareil destiné à engendrer des cavités dans un réseau de liquide comprenant une pompe 10, habituellement du type à écoulement centrifuge, c'est-à-dire continu, qui est couplée à une boucle d'écoulement référencée 12 dans son ensemble, cette boucle étant, sur la majeure partie de sa longueur, divisée, par une cloison 14, en deux voies ou canaux d'écoulement 16 et 18.
Une soupape battante 20, qui est articulée à l'extrémité 22 de la cfison 14 et qui fait face à l'écoulement entrant en provenance de la pompe 10, est agencée de manière à porter sur son siège et à fermer alternativement chacune des voies d'écoulement 16 et 18, par exemple.
Un réservoir du type détendeur ou organe d'amorissement
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24 est couplé à la boucle d'écoulement 12 en aval de la pompe 10 par rapport au sens d'écoulement du liquide en provenance de la pompe.
Durant le fonctionnement, on remplit la boucle d'écou- lement et une partie du récipient détendeur 24 avec un milieu li- quide susceptile d'être pompé, comme, par exemple, de l'huile et de l'eau.La pompe est ensuite mise en marche et elle pompe le milieu liquide dans le sens de la flèche 26 en direction de l'ex- trémité 22 de la cloison ou séparation 14. La soupape battante 20 est facilement basculée, de manière à fermer l'une ou l'autre des voies d'écoulement 16 ou 18. En supposant, par exemple, que la soupape battante ferme brusquement la voie 18, un coup de bélier se produit et le milieu liquide se trouvant au-delà de la soupape fermée est soumis à une tension jusqu'à ce que la force élastique du liquide soit contre-balancée, de qui rompt l'homogénéité du liquide et y produises cavités.
Les cavités produites sont insta- bles étant donné qu'elles sont soumises à la pression du liquide environnant et elles disparaissent brusquement en produisant des , ondes de choc dans le liquide. La formation et la disparition de ces cavités est souvent désignée sous l'appellation de phénomène de cavitation. Le rôle du réservoir détendeur est d'agir comme anti-coup de bélier pour isoler la pompe d'avec la soupape battante et pour loger le liquide en excédant lorsque des cavités sont for- mées dans le réseau fermé.
Après la formation des cavités, le liquide se trouvant dans la voie d'écoulement qui est fermée à l'une de ses extrémité!par la soupape battante 20 change de sens d'écoulement lorsque les cavités se ferment et produit un coup de bélier en retour, en provoquant l'ouverture de la soupape 20 et la fermeture par cette dernière de la voie d'écoulement 16. Ce mode de fermeture cyclique de la soupape battante, continue d'une façon répétée en créant des ondes de choc et des coups de bélier cycliques.
L'agencement représenté sur la figure 1 peut être
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considéré comme étant un oscillateur mécanique. L'appareil repré- ' aenté sur cette figure est utilisé pour obtenir l' émulsion d'huile en d'eau, ou peut être utilisé, par exemple, pour le mélange ou le traitement de liquides qui peuvent ou non être soumis aux in- fluences extérieures pendant qu'ils se trouvent dans l'appaioil.
Des exmples des influences extérieures sont la largeur et les radiations.
Si l'on se réfère maintenanà la figure 3, on peut voir que l'appareil de la présente invention peut être utilisé dans cas réseaux où le milieu liquide ne traverse le dispositif qu'une seule fois et n'est pas remis en circulation comme dans l'appa- reil représenté sur la figure 1. Dans l'appareil représenté sur la figure 3, le milieu liquide est pompé au moyen d'une pompe 28 à partir d'un premier récipient 30 jusqu'à un second récipient 32.
Une conduite d'écoulement référencée 34 dans son ensemble, est couplée, par l'intermédiaire de la pompe 28, et s'étend depuis le récipient 30 jusque dans le récipient 32. La conduite 34 est di- visée en deux voies ou canaux d'écoulement distincts à plusieurs endroits sur sa longueur, au moyen de cloisons 36,38 et 40, par ecemple.
Une soupape battante 42, similaire à la soupape 20 de la figure 1, est articulée à l'extrémité de la cloison 36 où le milieu liquide s'écoulant pénètre dans les voies d'écoulement 43 et 44 et elle est agencée de manière à fermer l'une ou l'autre des voies 43 et 44 suivant les conditions de fonctionnement exis- t.ant dans l'appareil.
De façon similaire, les soupapes 46 et 48 sont articu- lées à l'extrémité d'entrée du fluide de chacune des cloisons 38 et 40, de manière à fermer, alternativement, les trajets d'écou- lement 50,52, et 54, 56.
Pendant son fonctionnement, l'appareil agit de'façon similaire à l'appareil représenté sur la figure 1, à l'exception que chaque soupape battante distincte et ses trajets d'écoulement
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associés agissent de manière à engendrer en séquence des cavités dans les trajets d'écoulement correspondants, comme le font la soupape 20 et les trajets d'écoulement 16 et 18 afin da créez dans le liquide s'écoulant depuis le récipient 30 jusqu'au reci- pient 32 une population de cavités beaucoup plus grande que celle qui serait produite avec un agencement à trajet d'écoulement et à soupape uniques.
Si l'en se réfère maintenant à la figure 2, on peut voir que l'on y a représenté un ensemble à soupape battante, référencé
60 dans son ensemble, comportant une section de corps 62 en forme de T, dont un conduit 64 d'entrée de liquide et des conduits 66 et 68 de sortie de liquide communiquant l'une avec l'autre. Le diamètre de la conduite d'entrée 64 est, de préférence, mais non pas nécessairement, plus grand que le diamètre de chacune des conduites de sortie 66 et 68. Les extrémités intérieures, c'est- à-dire de corps 70 et 72 des conduites de sortie 66 et 68, ont chacune une forme qui leur permet de constituer un siège destiné à une soupape à bille 74 qui est disposée à l'intérieur du corps
62 de la soupape 60.
La partie de paroi 76 du corps 62 qui se trouve entre les extrémités de siège de soupape 70 et 72 est lé- gèrement curviligne, de manière que, lorsqu'il n'y a pas de mi- lieu liquide pompé à travers le dispositif, la soupape à bille
74 tend à se trouver à l'écart de l'un et de l'autre des sièges de soupape 70 et 72 et légèrement décalée du centre par rapport au trajet d'écoulement du fluide allant de la conduite d'entrée jusqu'aux conduites de sortie.
Durant le fonctionnement, la position de repos,légère- ment décalée du centre, de la soupape à billes 74, donne l'assu- rance que lorsque le liquide est pompé ou amené à travers la con- duite d'admission 74 et est refoulé des conduites d'échappement
68 et 66, la bille sera transportée par le liquide et portera contre l'un des sièges 70 et 72. La venue brusque sur son siège de la bille produit un coup de bélier et, dans la conduite de
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sortie, le liquide est soumis à une tension et il se forme des cavités dans le liquide. Lorsque les cavités disparaissent, le coup de bélier qui en résulte oblige la soupape à quitter son siège et à venir en direction de l'autre siège de soupape, la bille étant transportée vers l'autre siège par l'écoulement du liquide après son passage au point médian entre les deux sièges de soupape.
A nouveau, la venue sur son siège de la soupape à tille 74 provoque un coup de bélier, ainsi que la production de cavités dans le liquide de la conduite de sortie fermée, puis ensuite le départ hors de son siège de la soupape à bille sous l'effet de la disparition des cavités, comme précédemment.
L'agencement d'oscillateur mécanique représenté sur la figure 2 peut être utilisé comme le sont les soupapes battantes 20,42, 46 ou 48 des figures 1 et 3 où la partie de diamètre com- plet la plus grande des conduites d'écoulement 12 ou 34 constitue la conduite d'entrée 64 du dispositif 60 et où les voies d'écoule- ment 16-18,43-44, 50-52 et 54-56 constituent les conduites de sortie 66 et 68 du dispositif précité.
On a représenté sur la figure 4 un autre mode de réa- lisation de la présente invention.
Dans l'appareil de la figure 4, un liquide est entraîné à travers la conduite 80 par la pompe 82. Un élément 84, repré- setné sous la forme d'un réservoir amortisseur de coups de bé- lier, par exemple, est couplé à la conduite 80 entre la pompe 82 et un ensemble à soupape battante 86 qui est du même type que la soupape battante 20 représentée sur la figure 1. L'ensemble à soupape 86 comprend l'organe obturateur battant (ou soupape) 88 et les sièges de soupape 90 et 92 qui communiquent avec des tubes 94 et 96. Les tubes 94 et 96 se terminent dans un collecteur com- mun, puis sont couplés à un dispositif quelconque d'utilisation non représenté.
Les tubes 94 et 96 sont renfermés dans une chemise 100 d'échangeur de chaleur comportant une admission 102 et un échappement 104 au moyen duquel un fluide pour échangeur de cha-
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leur, comme par exemple de la vapeur, est entraîné en circulatio à travers la chemise 100 et autour des tubes 94 et 96.
Lorsque le liquide, par exemple de l'eau, est pompa . travers l'appareil, l'organe obturateur battant 88 de l'ensemble à soupape battante ferme brusquement l'un des sièges de soupape 90 ou 92 en soumettant le liquide se trouvant derrière la soupap (c'est-à-dire se trouvant dans le sens suivant lequel s'écoule normalement le liquide) à une tension et en provoquant la naissa ce de cavités dans le liquide. Comme indiqué précédemment, la for mation et la disparition de ces cavités est souvent désignée tout l'appellation de phénomène de cavitation.
A la dispartition des cavités ainsi produites, le liquida se trouvant dans la voie d'écoulement sont l'extrémité a été flet mée par la soupape battante 88 produit un coup de bélier et terme brutalement la soupape battante de manière que l'extrémité de l'a tre voie(94 ou 96) soit fermée. Des cavités se forment alors dans le tube qui vient d'être fermé, disparaissent, font basculer la soupape battante de manière à fermer l'autre tube et le processus de répétition continue.
Le fluide de l'échangeur de chaleur appliqué à la chemi se de l'échangeur de chaleur peut être soit plus chaud,-soit plus f roid que le liquide se trouvant dans la conduite 80.
Lorsque le liquide pompé, c'est-à-dire circulant sous pression à travers les tubes 94 et 96 de l'échangeur de chaleur, est d'un type qui tend à former un revêtement, c'est-à-dire un dépôt, comme par exemple le tartre déposé par l'eau, sur les pa- rois du tube pendant l'utilisation du dispositif, on a constaté que les caractéristiques de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur réalisé conformément à la présente invention sont bien meillleures que celles des tubes identiques d'un échangeur de chaleur ne comportant pas de dispositif engendrant des cavités.
Des mesures de ces caractéristiques ont été effectuées à des ' intervalles prédéterminés sur une période de temps prolongée.
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On a également observé que lorsque la température du fluide qui se trouve dans la chemise 100 de l'échangeur de chaleur cst supérieure à la température du liquide qui forme le dépôt et qui est présent dans lea tubes 94 et 96, apparemment, l'action est supérieure à celle qui se produit lorsqu'un tel rapport de nettoyage du tube, c'est-à-dire d'enlèvement du dépôt/de tempé- rature n'existe pas entre les tubes et la chemise.
Habituellement, l'ensemble à soupape battante est dispo- sé à environ 30,5 cm des tubes à nettoyer. La longueur des tubes 94 et 96 doit, pour que l'on obtienne les meilleurs résultats, être de nombreuses fois leur diamètre.
On peut aussi, dans la pratique, utiliser un seul en- semble à soupape battante pour deux échangeurs de chaleur.
Si les tubes de chaque échangeur sont coupas à uncollec- teur commun, les tubes 94 et 96 peuvent être couplés chacun à un collecteur distinct d'un échangeur de chaleur. Dans le cas où le fluide se trouvant dans la chemise de chaque échangeur de chaleur doit être soumis à une cavitation pour produire une action de net- toyage ou d'enlèvement de tartre, les raccordements aux tubes 94 et 96 peuvent être effectués à l'entrée (102 sur le dessin) des chemises de l'échangeur de chaleur. Avec un tel agencement, il est possible de netoyer les surfaces extérieures des tubes de l' échangeur de chaleur ainsi que les surfaces de la paroi dudit échangeur.
Si le liquide, qui est en contact avec la partie de l'échangeur de chaleur à nettoyer, n'est pas onéreux, comme par exemple de l'eau, il est bien entendu avantageux de n'utiliser que le seul tube raccordé à la seule soupape d'un ensemble à soupape battante pour l'opération de nettoyage, tandis que l'au- tre tube ou "branche" du dispositif constitue une conduite à tra- vers laquelle le liquide est conduit jusqu'à un dispositif d'éva- cuation ou à un réservoir de récupération. La "branche" ou conduite qui n'est pas couplée à l'échangeur de chaleur doit, de préférence, etre aussi longue ou bien plus longue que l'autre conduite qui est
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couplée' l'échangeur de chaleur afin d'éviter un gaspillage nui- sible de grande quantité de liquide.
La fermeture cyclique de la soupape battante est fonc- tion des caractéristiques du réseau dans lequel elle travaille, mais on a utilisé des fréquences cycliques allant de 1 cycle par minute jusqu'à 200 cycles par seconde environ.
On a obtenu un nettoyage excellent de tubes d'échangeur de chaleur, c'est-à-dire un empêchement de formation de dépôt dans ces tubes en faisant fonctionner l'ensemble à soupape battante pendant une demi-heure seulement sur une période de 24 heures de fonctionnement de l'échangeur de chaleur, cela à une fréquence d'ouverture et de fermeture de 1,5 cycle par seconde.
Bien que cela n'ait pas été représenté sur le dessin, le dispositif utilisé lors des essais comportait des dispositifs obturateurs grâce auxquels l'ensemble à soupape battante pouvait être court-circuité.
La pression du liquide dans ta conduite 80 peut varier de 0,35 jusqu'à 280 kg/cm2 par exemple, mais on a obtenu un très bon fonctionnement du dispositif pendant les essais avec une pres- sion de 4,58 kg/cm2.
Bien que l'on ait utilisé une soupape battante dans l'o- pération décrite pour la présente invention, on peut la remplacer par la soupape à bille de la figure 2. La soupape à bille peut être en métal, en matière plastique à l'état solide, en bois, ou en toute autre matière appropriée.
Bien que les limites de pression de 0,35 et de 280 kg/cm2 aient été utilisées lors des essais, les limites supérieures de pression ne sont, dans la pratique, apparemment limitées que par les possibilités de l'appareil à supporter cette pression.
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"Method and apparatus for cyclically creating a cavitation phenomenon in a liquid stream".
The present invention relates to an apparatus and a method for creating so-called cavities in a liquid network, on a cyclic recurrence basis, so as to facilitate mixing, cleaning or the like. kind within said liquid network.
The use of ultrasonic devices to create cavities in a liquid network and the use of said
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cavities dant. in (el., in number of operations such as cleaning pipes and mixing liquids, for example, are well known.
However, the creation of cavities by means of ultrasonic devices ordinarily requires the use of an associated electronic oscillator and transducer, and such apparatus is, by its very nature, somewhat complicated and. expensive.
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In accordance with the present invention, there has been created an apparatus for generating, cyclically in a liquid medium, this apparatus comprising a valve having an inlet bore, two outlet bores and a valve flapping on its seat arranged in such a manner. Mariere à Forter alternately against each of said outlet bores by blocking the flow of liquid therein.
The inlet of the valve is coupled to a line through which, for example, the liquid to be mixed is pumped, while the outlet bores are coupled to outlet lines the length of which is at least equal to several times their diameter, these pipes communicating with a storage receptacle or reserved for another use or else being recycled through the valve. The liquid in the outlet pipes is always subjected to a sufficient pressure to stop the flow so as to fill the cavities after their formation.
As the material is pumped through the shutter, the flapper valve is moved away from its central position and abruptly closes one of the outlet bores, which subjects the liquid beyond the closure point to stress, causing thus creating cavities in the liquid. With the disappearance of the cavities thus created due to the reversal of the flow of the liquid beyond the swing valve, the latter is brought to its open position, then bears against the seat of the other outlet bore, in thus causing closure.
Cavities are created again in the abruptly closed outlet pipe and their disappearance causes the opening.
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ture of the swing valve and, cyclically and repeatedly, the swing valve again bears against its seat so as to alternately close each of the outlet branches. The outlet branches may be conduits in which an emulsion is produced, that is to say a mixture of the liquids which they contain, or they may, for example, be constituted by tubes or other parts of a tube. heat exchanger.
The present invention will be better understood and additional advantages will become apparent from the description which follows, for which reference is made to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a schematic view of a cyclic water hammer according to the present invention.
Figure 2 is a partial sectional elevation of a first embodiment of a flapper valve which is arranged for use in the present invention.
Figure 3 is a schematic view of a cyclic multi-valve water hammer in accordance with the present invention.
Figure 4 is a schematic view of a heat exchanger arranged in accordance with the present invention.
There is shown in the drawing and particularly in Figure 1 an apparatus intended to generate cavities in a liquid network comprising a pump 10, usually of the centrifugal flow type, that is to say continuous, which is coupled to a flow loop referenced 12 as a whole, this loop being, over the major part of its length, divided, by a partition 14, into two flow paths or channels 16 and 18.
A swing valve 20, which is hinged at the end 22 of the pipe 14 and which faces the incoming flow from the pump 10, is arranged so as to bear on its seat and to alternately close each of the paths d flow 16 and 18, for example.
A reservoir of the regulator type or damping member
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24 is coupled to the flow loop 12 downstream of the pump 10 with respect to the direction of flow of the liquid from the pump.
During operation, the flow loop and part of the expansion vessel 24 are filled with a liquid medium capable of being pumped, such as, for example, oil and water. then switched on and it pumps the liquid medium in the direction of arrow 26 towards the end 22 of the partition or partition 14. The flapper valve 20 is easily tilted so as to close one or the other. other of flow paths 16 or 18. Assuming, for example, that the swing valve abruptly closes path 18, a water hammer occurs and the liquid medium beyond the closed valve is subjected to pressure. tension until the elastic force of the liquid is counterbalanced, which breaks the homogeneity of the liquid and produces cavities in it.
The cavities produced are unstable as they are subjected to the pressure of the surrounding liquid, and they suddenly disappear, producing shock waves in the liquid. The formation and disappearance of these cavities is often referred to as the phenomenon of cavitation. The role of the regulator tank is to act as an anti-water hammer to isolate the pump from the swing valve and to house excess liquid when cavities are formed in the closed network.
After the formation of the cavities, the liquid in the flow path which is closed at one end by the swing valve 20 changes direction of flow when the cavities close and produces a water hammer. return, by causing the opening of the valve 20 and the closing by the latter of the flow path 16. This mode of cyclic closing of the swing valve, continues in a repeated fashion creating shock waves and blows. of cyclic rams.
The arrangement shown in Figure 1 can be
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considered to be a mechanical oscillator. The apparatus shown in this figure is used to obtain the oil-in-water emulsion, or can be used, for example, for the mixing or treatment of liquids which may or may not be subjected to the influences. external fluences while they are in the appliance.
Examples of external influences are width and radiation.
Referring now to Figure 3, it can be seen that the apparatus of the present invention can be used in network cases where the liquid medium only passes through the device once and is not recirculated as in the apparatus shown in Figure 1. In the apparatus shown in Figure 3, the liquid medium is pumped by means of a pump 28 from a first vessel 30 to a second vessel 32.
A flow line referenced 34 as a whole is coupled, via pump 28, and extends from container 30 into container 32. Line 34 is divided into two lanes or channels. 'separate flow at several places along its length, by means of partitions 36, 38 and 40, for example.
A flapper valve 42, similar to valve 20 of Figure 1, is hinged to the end of bulkhead 36 where the flowing liquid medium enters flow paths 43 and 44 and is arranged to close. one or the other of channels 43 and 44 depending on the operating conditions existing in the device.
Similarly, the valves 46 and 48 are hinged to the fluid inlet end of each of the partitions 38 and 40, so as to alternately close the flow paths 50, 52, and 54. , 56.
During operation, the apparatus acts in a similar fashion to the apparatus shown in Figure 1, except that each separate swing valve and its flow paths
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associated act to sequentially generate cavities in the corresponding flow paths, as do valve 20 and flow paths 16 and 18 to create in liquid flowing from vessel 30 to reci - 32 a much larger population of cavities than would be produced with a single flow path and valve arrangement.
If the en now refers to Figure 2, it can be seen that there is shown a swing valve assembly, referenced
60 as a whole, having a T-shaped body section 62, including a liquid inlet duct 64 and liquid outlet ducts 66 and 68 communicating with each other. The diameter of the inlet pipe 64 is preferably, but not necessarily, greater than the diameter of each of the outlet pipes 66 and 68. The inner ends, i.e. of bodies 70 and 72 outlet pipes 66 and 68, each have a shape which enables them to constitute a seat for a ball valve 74 which is disposed inside the body
62 of valve 60.
The wall portion 76 of the body 62 which lies between the valve seat ends 70 and 72 is slightly curvilinear, so that when there is no liquid medium pumped through the device, the ball valve
74 tends to be away from each other of the valve seats 70 and 72 and slightly offset from the center of the fluid flow path from the inlet line to the lines Release.
During operation, the rest position, slightly offset from the center, of the ball valve 74, assures that when liquid is pumped or supplied through the inlet pipe 74 and is discharged exhaust pipes
68 and 66, the ball will be transported by the liquid and will bear against one of the seats 70 and 72. The sudden arrival on its seat of the ball produces a water hammer and, in the pipe of
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outlet, the liquid is subjected to tension and cavities form in the liquid. When the cavities disappear, the resulting water hammer forces the valve to leave its seat and move towards the other valve seat, with the ball being transported to the other seat by the flow of liquid after it has passed. at the midpoint between the two valve seats.
Again, the arrival on its seat of the ball valve 74 causes a water hammer, as well as the production of cavities in the liquid of the closed outlet pipe, then then the departure out of its seat of the ball valve under the effect of the disappearance of the cavities, as before.
The mechanical oscillator arrangement shown in Figure 2 can be used as are the flapper valves 20, 42, 46 or 48 of Figures 1 and 3 where the larger full diameter portion of the flow lines 12. or 34 constitutes the inlet line 64 of the device 60 and where the flow paths 16-18,43-44, 50-52 and 54-56 constitute the outlet lines 66 and 68 of the aforementioned device.
Another embodiment of the present invention has been shown in FIG. 4.
In the apparatus of FIG. 4, liquid is drawn through line 80 by pump 82. A member 84, shown as a water hammer damper reservoir, for example, is coupled. to the line 80 between the pump 82 and a swing valve assembly 86 which is of the same type as the swing valve 20 shown in Figure 1. The valve assembly 86 includes the swing shutter (or valve) 88 and valve seats 90 and 92 which communicate with tubes 94 and 96. Tubes 94 and 96 terminate in a common manifold and then are coupled to some use device not shown.
The tubes 94 and 96 are enclosed in a heat exchanger jacket 100 having an inlet 102 and an outlet 104 by means of which heat exchanger fluid.
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their, such as for example steam, is entrained in circulation through the jacket 100 and around the tubes 94 and 96.
When liquid, for example water, is pumped. through the apparatus, the flapper shutter 88 of the flapper valve assembly abruptly closes one of the valve seats 90 or 92 by subjecting the liquid behind the valve (i.e. in the direction in which the liquid normally flows) to a tension and causing the birth of cavities in the liquid. As indicated above, the formation and disappearance of these cavities is often referred to as the entire cavitation phenomenon.
With the dispartition of the cavities thus produced, the liquid being in the flow path is the end has been driven by the swing valve 88 produces a water hammer and abruptly terminates the swing valve so that the end of the 'to be track (94 or 96) is closed. Cavities then form in the tube which has just been closed, disappear, cause the swing valve to swing so as to close the other tube and the repeating process continues.
The heat exchanger fluid applied to the heat exchanger liner can be either hotter or colder than the liquid in line 80.
When the pumped liquid, i.e. circulating under pressure through the tubes 94 and 96 of the heat exchanger, is of a type which tends to form a coating, i.e. a deposit , as for example the scale deposited by water, on the walls of the tube during the use of the device, it has been found that the heat transfer characteristics of a heat exchanger produced in accordance with the present invention are well better than those of identical tubes of a heat exchanger not comprising a device generating cavities.
Measurements of these characteristics were made at predetermined intervals over an extended period of time.
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It has also been observed that when the temperature of the fluid which is in the jacket 100 of the heat exchanger is higher than the temperature of the liquid which forms the deposit and which is present in the tubes 94 and 96, apparently the action is greater than that which occurs when such a ratio of tube cleaning, i.e. deposit removal / temperature does not exist between the tubes and the liner.
Usually the flapper valve assembly will be located about 12 inches from the tubes to be cleaned. The length of tubes 94 and 96 should, for best results, be many times their diameter.
In practice, it is also possible to use a single swing valve assembly for two heat exchangers.
If the tubes of each exchanger are cut to a common manifold, the tubes 94 and 96 can each be coupled to a separate manifold of a heat exchanger. In the event that the fluid in the jacket of each heat exchanger is to be subjected to cavitation to produce a cleaning or scale removal action, connections to tubes 94 and 96 can be made to the inlet (102 in the drawing) of the heat exchanger jackets. With such an arrangement, it is possible to clean the outer surfaces of the tubes of the heat exchanger as well as the surfaces of the wall of said exchanger.
If the liquid, which is in contact with the part of the heat exchanger to be cleaned, is not expensive, such as for example water, it is of course advantageous to use only the single tube connected to the single valve of a swing valve assembly for the cleaning operation, while the other tube or "branch" of the device constitutes a line through which the liquid is conducted to a drain device. - cuation or to a recovery tank. The "branch" or pipe which is not coupled to the heat exchanger should preferably be as long or much longer than the other pipe which is.
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coupled with the heat exchanger in order to avoid harmful waste of large quantity of liquid.
The cyclic closing of the swing valve depends on the characteristics of the network in which it operates, but cyclic frequencies ranging from 1 cycle per minute up to approximately 200 cycles per second have been used.
Excellent cleaning of the heat exchanger tubes, i.e., prevention of deposit formation in these tubes, was achieved by operating the swing valve assembly for only half an hour over a 24 hour period. hours of operation of the heat exchanger at an opening and closing frequency of 1.5 cycles per second.
Although not shown in the drawing, the device used in the tests included shut-off devices by which the swing valve assembly could be bypassed.
The pressure of the liquid in line 80 can vary from 0.35 up to 280 kg / cm2 for example, but very good operation of the device was obtained during the tests with a pressure of 4.58 kg / cm2.
Although a swing valve has been used in the operation described for the present invention, it can be replaced by the ball valve of FIG. 2. The ball valve can be made of metal, or plastic. solid state, in wood, or in any other suitable material.
Although the pressure limits of 0.35 and 280 kg / cm2 were used in the tests, the upper pressure limits are, in practice, apparently limited only by the ability of the apparatus to withstand that pressure.