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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.