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" Accumulateur de chaleur ."
La présente Invention a pour objet un dis- positif permettant d'absorber de la chaleur dans une masse d'eau, pour l'utiliser ultérieurement, soit que cette chaleur produite dans une opération industrielle (par exemple l'échappement d'un moteur à vapeur) ne puisse être utilisée immédiatement, soit qu'elle soit produite plus économiquement qu'elle ne le serait pendant la période d'utilisation.
L'appareil peut restituer la chaleur soit sous forme d'eau chaude, soit sous forme de vapeur .
Sur le dessin annexé à titre d'exemple :
La figure 1 est une vue schématique d'une forme d'exécution de l'appareil.
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La figure 2 montre un dispositif pour l'uti- lisation de la chaleur sous forme de vapeur, par échan- geur .
La figure 3 montre un dispositif pour l'uti- lisation de la chaleur par évaporation directe .
La figure 4 montre une variante de la fi- gure 3.
La figure 5 représente une installation permettant d'utiliser la détente partielle pour actionner une pompe .
La figure 6 montre une disposition pour la récupération de la vapeur d'échappement .
L'appareil comprend :
Un réservoir vertical 1 rempli d'eau en cir- culation avec :
1 / Une source de chaleur 2.
2 / Un circuit de consommation de chaleur 3 avec retour au réservoir 1 par 3'.
Ce réservoir 1 est également en communica- tion, par une conduite 4, avec une source d'eau en pres- sion, par exemple un réservoir d'eau 5 en élévation, capa- ble d'absorber l'eau provenant de la dilatation quand l'eau du réservoir 1 est chauffée et de fournir l'eau né- cessaire pour compenser la contraction quand cette eau est refroidie .
La source de production de chaleur 2 est en communication avec les parties supérieure et inférieure du réservoir par la tuyauterie 6 et le dispositif de consommation 3 communique avec lui par les tuyaux 7 et 3', la circulation pouvant être obtenue soit par un thermo-siphon, soit par pompe, soit par tout autre moyen.
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@ Fonctionnement,- On supposera le réservoir,! plein d'eau froide ; l'eau chaude produite en 8 s'élève dans la colon- ne 6. Tarit que la circulation 2-6-1 sera suffisamment active, la température, en 6, .'atteindra pas la tempéra- ture d'ébullition correspondant à la pression hydraulique en ce point
Sur le circuit 2-6 se trouve$une vanne et un thermostat 9. On supposera d'abord la vanne 8 presque fermée, c'est-à-dire ne laissant que le passage tout juste nécessaire., pour assurer une faible circula- tion initiale dans,le circuit 2-6. La source de chaleur 2 étant supposée capable de fournir de leau à température supérieure au point d'ébullition sur la pression H la température en 9 s'élèvera rapidement.
Par le thermostat 8, si l'on commande l'ouverture de la vanne 9, la masse d'eau débitée augmentera; la température dans le circuit 9-6 s'abaissera. Le thermostat permettra de régler l'ou- verture de la vanne 8 pour qu'elle maintienne, en 9, la température à une valeur constante .
Cette régulation ne se fera qu'autant que la pas source 2 ne fournira/plus de chaleur que la circulation 1, 2, 8,6 peut en absorber quand la vanne 8 est grande ouverte.
Si cette vanne 8 étant grande ouverte, la température continue à monter en 9, le thermostat agit sur la source de chaleur pour diminuer sa production.
Pendant le fonctionnement de l'appareil, l'eau froide prise à la partie inférieure du réservoir est donc amenée à la partie supérieure, après réchauffa- ge, 4 une température constante, qui sera prise aussi voisine que possible du point d'ébullition sous la pres- sion H.
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La source 2 étant en activité l'eau chaude, à une température réglée légèrement en dessous de la température d'ébullition sous pression H, s'accumulera à la partie supérieure du réservoir 1. Il se créera un plan, ou plutôt une zone, de séparation de l'eau chaude et de l'eau froide. Quand l'eau chaude atteindra la par- tie inférieure, elle repassera à la source 2, mais la température, à la sortie de cette dernière, montera im- médiatement, et le régulateur ci-dessus décrit agira pour réduire la production de chaleur de la dite source 1.
Le réservoir accumulateur 1 est muni à la partie supérieure d'un côme 10, d'une certaine hauteur et de section suffisante pour que les mouvements de con- vection qui s'y produisent soient tels que la températu- re de l'eau à la partie supérieure en 11 ne .puisse être sensiblement inférieure à la température à l'entrée du réservoir .
Il existe entre les points 11 et 6 une dif- férence de pression égale à la hauteur d'eau h.
La température de l'eau étant la même dans toute la hauteur h, si la température de l'eau s'élève progressivement, il y aura ébullition au niveau 11 avant que ce phénomène se produise au niveau 6.
Le dégagement de vapeur en 11 pourra être utilisé pour commander l'ouverture de la vanne 8 puis, si nécessaire, la fermeture de l'admission de chaleur à la source 2 ou la réduction de la production de chaleur .
Cette utilisation du dégagement de vapeur pourra être réalisée de différentes façons, celles indi- quées ci-dessous ne l'étant qu'à titre d'exemple .
1 / Si l'on place dans la chambre supérieu- re 10 un flotteur 12, le mouvement de ce flotteur, quand la vapeur se dégageant fait baisser le niveau, peut être employée pour commander la vanne 8 et l'admission de
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chaleur en 2.
2 / A la partie supérieure du dôme 10 le flotteur 2 susvisé peut commander une soupape 13 qui porte sur son siège et ferme la communication du ré- servoir avec l'air libre quand le dame 10 est rempli d'eau. A la suite de cette soupape est placée une tuyau- terie 14 qui aboutit à un purgeur d'air 15.
Quand il se dégage en 11 de l'air dissous dans l'eau, le niveau baisse, la soupape 12 s'ouvre, l'air s'échappera l'extérieur et la soupape se referme.
Quand il y a production de vapeur, le ni- veau baisse également, la soupape 12 s'ouvre, la vapeur arrivant dans le purgeur à dilatation 15 le fait fermer et il s'établit dans la tuyauterie 11-15 une pression égale à H-h'. Cette pression peut être utilisée soit pour faire mouvoir le piston d'un cylindre, soit pour faire monter un flotteur commandant tout d'abord l'ouver- ture de la vanne 8 puis la fermeture de l'admission de chaleur en 2.
Il suffit que le régulateur agisse avant que le plan de séparation de l'eau et de la vapeur ait atteint le niveau 6. La commande des vannes pourrait se faire directement par la dilatation de l'organe 15 ou par tout servo-moteur commandé par cette dilatation.
Utilisation de la chaleur sous forme d'eau chaude.- L'eau chaude étant prise en 16 sera utilisée dans le circuit 3 où elle sera refroidie en produisant l'effet utile pour être réintroduite dans l'appareil en 3'
L'eau prise en 16 peut également être éva- cuée en la remplaçant par une quantité d'eau froide égale amenée en 3' Si le débit de circuit de chauffage 1, 8,6 est supérieur au débit du circuit de consommation
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16-3-3' la sone de séparation de l'eau froide et de l'eau chaude descend. Si le débit 1, 8,6 est inférieur au débit 16-3-' la zone remonte. Il est à remarquer que, pendant toute la durée de la décharge de l'accumulateur, la température de l'eau prélevée reste constante.
On peut donc réaliser une accumulation de chaleur dont la valeur en calories est égale au produit du poids d'eau contenu en 1 par la différence de température entre l'en- trée et la sortie de la source de chaleur .
Utilisation de la chaleur sous forme de vapeur.-
1 / Par échangera?. - Le circuit d'eau 16-3-3' (figure 2) passe,dans le faisceau tubulaire d'un réchauf- feur 17 formant chaudière., On peut produire de la vapeur à toute pression pour laquelle la température de vapori- sation de l'eau est inférieure à celle de l'eau prise à l'accumulateur .
2 / Par évaporation directe.- a) la différence entre la pres- sion au sommet de l'accumulateur et la pression d'utilisa- tion est faible (figure 3). L'eau prise à la partie supé- rieure 16 est amenée dans un réservoir supérieur 18 muni d'une soupape ou siphon de sûreté. Suivant la pression, s'élevant dans la colonne 7', reliant 16 à 18, l'eau est soumise à une diminution de pression ; elle atteint une hauteur telle que la pression correspond au point d'ébullition, une partie se vaporise et se dégage dans le réservoir 18. Le complénent subit une chute de tempé- rature correspondant à la différence des pressions de la vapeur saturée en 16 et en 18. L'eau non vaporisée est ramenée à la partie inférieure de l'accumulateur par la canalisation 3'.
La capacité accumulatrice en calories
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est égale au.-produit du poids d'eau 1 par.l'écart; entre les températures de la vapeur saturée sous les pressions en 16 et 18. b) la différence entre la pression à l'ac- cumulateur et la pression d'utilisation est élevée (figure 4) . L'eau prise en 16 est détendue par un robinet 19 jusqu'à la pression d'utilisation. Une partie se vaporise à cette dernière pression, le complèment se refroidissant jusqu'à la température de la vapeur saturée à la pression d'utilisation.
La séparation de l'eau et de la vapeur se fait dans un séparateur 20. L'eau est réintroduite à l'accumulateur par une pompe 21 qui élève sa pression de p à P.
Utilisation de la détente partielle pour actionner la pompe 21.- La détente se fait en deux étages (figure 5).
L'eau chaude prise en 16 est détendue en 19 dans un sépa- rateur 20, dans lequel s'établit une pression!2. Sous l'action de la chute de température correspondant à la chute de pression P-to une partie de l'eau se vaporise, le complément passe par le purgeur 25 au réservoir de vapeur 18' à la pression d'utilisation ± inférieure à to, une partie de cette eau étant vaporisée du fait de la détente de to à p ,La vapeur produite en 20 à la pression to passe dans le moto-pompe 21 où elle se détend de la pression to à la pression en produisant l'énergie mécanique nécessa re pour faire passer l'eau du réservoir 18' à la pression ± à l'accmualteur sous pres- sion P.
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Récupération de la vapeur d'échappement ( fleure 6).- Le réservoir 1 comporte un trop plein avec siphon 23 li- mitant le remplissage du réservoir au niveau 24. La vapeur d'échappement arrive en 28 et se répartit dans la chambre libre au-dessus de l'eau.
L'eau prise à la partie inférieure de 1 est amenée en 26 par la pompe 21' et répartie par un fond pu des tubesperforés Elle condense la vapeur d'é- chappement. L'excès de vapeur, s'il y en a, passe sur l'organe de dilatation 15' qui, directement ou indirec- tement-, commande l'ouverture de la vanne 8'. Si la vanne 8' étant grande ouvertele volume d'eau débitée est insuf* fisant pour condenser la vapeur, la pression de la va- peur s'élève dans la chambre 29. Cette vapeur s'échappe par la soupape 30. L'eau chaude accumulée en 1 est uti- lisée comme pour l'accumulateur ordinaire dans un cir- cuit d'utilisation 3.
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"Heat accumulator."
The subject of the present invention is a device making it possible to absorb heat in a body of water, for later use, or that this heat produced in an industrial operation (for example the exhaust of a gasoline engine). steam) cannot be used immediately or is produced more economically than it would be during the period of use.
The device can release heat either in the form of hot water or in the form of steam.
On the accompanying drawing by way of example:
FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of the apparatus.
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Figure 2 shows a device for the use of heat in the form of steam, by exchanger.
Figure 3 shows a device for utilizing heat by direct evaporation.
Figure 4 shows a variant of Figure 3.
FIG. 5 represents an installation making it possible to use partial expansion to actuate a pump.
Figure 6 shows an arrangement for the recovery of exhaust vapor.
The device includes:
A vertical tank 1 filled with circulating water with:
1 / A heat source 2.
2 / A heat consumption circuit 3 with return to tank 1 by 3 '.
This reservoir 1 is also in communication, via a pipe 4, with a source of pressurized water, for example a water reservoir 5 in elevation, capable of absorbing the water coming from the expansion. when the water in tank 1 is heated and to supply the water necessary to compensate for the contraction when this water is cooled.
The heat production source 2 is in communication with the upper and lower parts of the tank through the piping 6 and the consumption device 3 communicates with it through the pipes 7 and 3 ', the circulation being obtainable either by a thermo-siphon , either by pump or by any other means.
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@ Operation, - We will assume the tank ,! full of cold water; the hot water produced in 8 rises in column 6. Ensures that the circulation 2-6-1 will be sufficiently active, the temperature, in 6, will not reach the boiling temperature corresponding to the hydraulic pressure at this point
On circuit 2-6 there is a valve and a thermostat 9. It will first be assumed that valve 8 is almost closed, that is to say leaving only the passage that is just necessary., To ensure a weak circulation. initial tion in, circuit 2-6. The heat source 2 being supposed to be capable of supplying water at a temperature above the boiling point on the pressure H the temperature in 9 will rise rapidly.
By thermostat 8, if the valve 9 is opened, the mass of water delivered will increase; the temperature in circuit 9-6 will drop. The thermostat will adjust the opening of valve 8 so that it maintains, at 9, the temperature at a constant value.
This regulation will only be done as long as the source step 2 will not provide more heat than the circulation 1, 2, 8,6 can absorb when the valve 8 is wide open.
If this valve 8 being wide open, the temperature continues to rise at 9, the thermostat acts on the heat source to reduce its production.
During operation of the apparatus, the cold water taken from the lower part of the tank is therefore brought to the upper part, after heating, 4 a constant temperature, which will be taken as close as possible to the boiling point under the H.
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The source 2 being active hot water, at a temperature set slightly below the boiling temperature under pressure H, will accumulate in the upper part of the tank 1. It will create a plan, or rather a zone, for separating hot and cold water. When the hot water reaches the lower part, it will return to source 2, but the temperature at the outlet of the latter will rise immediately, and the regulator described above will act to reduce the heat production of said source 1.
The accumulator tank 1 is provided at the upper part with a cone 10, of a certain height and of sufficient section so that the convection movements which occur therein are such that the temperature of the water at the upper part at 11 cannot be appreciably lower than the temperature at the inlet of the reservoir.
There is between points 11 and 6 a pressure difference equal to the water height h.
The water temperature being the same throughout the height h, if the water temperature rises gradually, there will be boiling at level 11 before this phenomenon occurs at level 6.
The release of steam at 11 can be used to control the opening of the valve 8 then, if necessary, the closing of the heat inlet to the source 2 or the reduction of the heat production.
This use of the release of vapor can be carried out in different ways, those indicated below being only by way of example.
1 / If a float 12 is placed in the upper chamber 10, the movement of this float, when the steam emerging lowers the level, can be used to control the valve 8 and the inlet of
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heat in 2.
2 / At the upper part of the dome 10, the aforementioned float 2 can control a valve 13 which bears on its seat and closes the communication of the tank with the free air when the lady 10 is filled with water. Following this valve is placed a pipe 14 which leads to an air vent 15.
When air dissolved in water is released in 11, the level drops, valve 12 opens, air will escape outside and the valve closes.
When there is production of steam, the level also drops, the valve 12 opens, the steam arriving in the expansion trap 15 causes it to close and a pressure equal to H is established in the pipe 11-15. -h '. This pressure can be used either to move the piston of a cylinder, or to cause a float to rise firstly controlling the opening of the valve 8 then the closing of the heat inlet at 2.
It suffices that the regulator acts before the plane of separation of water and steam has reached level 6. The control of the valves could be done directly by the expansion of the member 15 or by any servomotor controlled by this dilation.
Use of heat in the form of hot water - The hot water being taken at 16 will be used in circuit 3 where it will be cooled, producing the useful effect to be reintroduced into the appliance at 3 '
The water taken at 16 can also be evacuated by replacing it with an equal quantity of cold water supplied at 3 'If the flow rate of the heating circuit 1, 8.6 is greater than the flow rate of the consumption circuit
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16-3-3 'the sone of separation of cold water and hot water goes down. If the flow rate 1, 8.6 is lower than the flow rate 16-3- ', the zone rises. It should be noted that, throughout the duration of the discharge of the accumulator, the temperature of the water withdrawn remains constant.
It is therefore possible to carry out a heat accumulation whose caloric value is equal to the product of the weight of water contained in 1 by the temperature difference between the inlet and the outlet of the heat source.
Use of heat in the form of steam.
1 / By will exchange ?. - The water circuit 16-3-3 '(figure 2) passes through the tube bundle of a heater 17 forming a boiler. Steam can be produced at any pressure for which the vaporization temperature of the water is less than that of the water taken from the accumulator.
2 / By direct evaporation - a) the difference between the pressure at the top of the accumulator and the working pressure is low (figure 3). The water taken from the upper part 16 is brought into an upper tank 18 provided with a safety valve or siphon. Depending on the pressure, rising in column 7 ', connecting 16 to 18, the water is subjected to a decrease in pressure; it reaches a height such that the pressure corresponds to the boiling point, a part vaporizes and is released in the tank 18. The complenent undergoes a temperature drop corresponding to the difference in the pressures of the saturated vapor at 16 and in 18. The non-vaporized water is returned to the lower part of the accumulator through line 3 '.
Calorie accumulating capacity
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is equal to.-product of the weight of water 1 multiplied by the deviation; between the temperatures of the saturated steam under the pressures in 16 and 18. b) the difference between the pressure at the accumulator and the operating pressure is high (figure 4). The water taken at 16 is expanded by a tap 19 to the operating pressure. A part vaporizes at this last pressure, the complement cooling down to the temperature of saturated vapor at the operating pressure.
The water and steam are separated in a separator 20. The water is reintroduced to the accumulator by a pump 21 which raises its pressure from p to P.
Use of partial expansion to actuate the pump 21.- The expansion is carried out in two stages (figure 5).
The hot water taken at 16 is expanded at 19 in a separator 20, in which a pressure builds up! 2. Under the action of the temperature drop corresponding to the pressure drop P-to, part of the water vaporizes, the remainder passes through the trap 25 to the steam tank 18 'at the operating pressure ± less than to , part of this water being vaporized due to the expansion from to to p, The vapor produced at 20 at the pressure to passes into the motor-pump 21 where it expands from the pressure to to the pressure, producing energy mechanical necessary to pass the water from the tank 18 'at the pressure ± to the accumulator under pressure P.
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Recovery of the exhaust vapor (flower 6) .- The tank 1 has an overflow with siphon 23 limiting the filling of the tank to level 24. The exhaust vapor arrives at 28 and is distributed in the free chamber at the level 24. above the water.
The water taken from the lower part of 1 is brought to 26 by the pump 21 'and distributed by a bottom or perforated tubes. It condenses the exhaust vapor. The excess steam, if any, passes over the expansion member 15 'which, directly or indirectly, controls the opening of the valve 8'. If the valve 8 'being wide open, the volume of water delivered is insufficient to condense the steam, the pressure of the steam rises in the chamber 29. This steam escapes through the valve 30. The water heat stored in 1 is used as for the ordinary accumulator in a circuit of use 3.