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"REGULATEUR DE TEMPERATURE DE LA VAPEUR POUR CHAUDIERES
A VAPEUR "
Cette invention a trait aux installations de production de vapeur, et plus spécialement aux dispositifs de réglage du débit des évaporateurs tels que les chaudiè- res à vapeur d'eau. Le dispositif suivant l'invention est en particulier avantageusement applicable aux locomotives, installations fixes, machines marines et automobiles à vapeur. Son emploi est spécialement désirable lorsqu'oh a besoin d'une installation travaillant d'une façon ex@ele et précise.
Dans les automobiles à vapeur, il est préférable de réduire la surveillance au minimum, et comme il est ex-
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trêmement désirable d'avoir de la.vapeur à une tempéra- t.ure pratiquement constante malgré les variations de la demande, une régulation automatique précise est dési- rable. Dans les installations plus grandes, la vapeur fournie peut posséder une température approximativement constante si les quantités de combustible et d'eau fournies sont constantes. Dans la pratique, surtout dans le cas des petites installations, cet idéal n'est pas réalisé, et un régulateur de température, spécialement dans le cas d'une chaudière à vaporisation instantanée, est avantageux pour corriger les variations qui se pro- duisent dans la température de la vapeur.
Même avec le personnel de surveillance dont on dispose dans le cas d'une grande installation, la température ne peut pas être réglée exactement en faisant varier l'alimentation en eau principale, étant donné que le retard de temps est considérable et que certaines des spires des serpentins de la chaudière peuvent être inondées à un moment inopportun.
Un des buts de l'invention est par conséquent d'établir un régulateur de température pour chaudières grâce auquel la vapeur fournie par la chaudière correspond sensiblement à la demande.
L'invention a en outre pour objet un dispositif assurant la fourniture de vapeur possédant une tempéra- ture pratiquement constante.
La figure du dessin annexé est une vue schématique du régulateur suivant l'invention, la boîte ou bâti à soupapes étant représenté en coupe transversale et une partie de la chaudière étant brisée pour représenter l'intérieur.
Le régulateur suivant l'invention comprend de préférence des moyens pour introduire une quantité primaire d'eau d'alimentation dans une chaudière à une vitesse telle que la chaleur du foyer augmente graduellement la
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température de la vapeur d'eau résultante, en combinai- son avec des moyens influencés par la température de la va- peur que renferme la chaudière pour introduire un supplé- ment d'eau d'alimentation dans cette chaudière de façon à influencer rapidement la température de la vapeur fournie par la chaudière.
Dans le mode de réalisation préféré de l'inven- tion, on a représenté une chaudière 6, qui peut être du type instantané, ou à tube simple. Le tube 1 pénètre dans le corps de la chaudière près d'une des extrémités de ce corps, s'enroule et se replie sur lui-même à l'intérieur de la chaudière et sort finalement par l'autre extrémité de la chaudière. Dans le cas d'une chaudière pour auto- mobile, la longueur de ce tube évaporateur sera par exem- ple de l'ordre de 100 mètres, et ce tube recevra de l'eau d'alimentation à l'extrémité d'entrée et débitera de la vapeur d'eau surchauffée à l'extrémité de sortie. La chaudière est usuellement garnie d'un calorifuge 8 servant à retenir la chaleur du brûleur et se comporte principalement à la façon d'un dispositif de transfert de chaleur.
L'eau d'alimentation est préférablement fournie par une pompe (non représentée) actionnée par tout dispo- sitif convenable, cette pompe étant usuellement une pompe foulante à action positive qui puise l'eau dans un réservoir et la refoule vers la chaudière. Il est d'usage de donner à la pompe une capacité plus grande que le maximum requis par la chaudière, le surplus variable étant ramené au réservoir sans pénétrer dans la chaudière. Ceci est réalisé, dans le présent dispositif, par un mécanisme contenu dans une boîte à soupapes 9,préférablement constituée par une pièce métallique coulée présentant une série de conduits. Un des conduits 11 est relié par un tuyau 12 à la pompe.
Le conduit 11 communique par un conduit transversal 13 avec un conduit d'échappement 14 qui est relié par un tuyau 16 à l'orifice d'entrée du tube'
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7 de la chaudière.
Pour régler la quantité d'eau passant par le conduit 14, on a prévu dans le conduit 13 un orifice 17 qui peut être réglé par un pointeau 18 vissé dans la boîte 9 et dont la pointe conique est disposée dans une chambre 19, près de l'entrée du conduit 13. En faisant tourner le pointeau 18 on peut le régler axialement pour faire varier l'ouverture annulaire entre la pointe coni- que et le conduit 13. Une garniture 21 pressée par un écrou 22 empêche les fuites le long de la tige du pointeau, et un bouton moletté 23 facilite le réglage dudit pointeau.
Des pressions différentielles existant de part et d'autre de l'orifice réglé 17 sont utilisées pour régler le débit de l'eau d'alimentation à l'aide d'un piston différentiel 24 monté pour coulisser dans un cylindre 26 faisant partie de la boîte à soupapes 9. Le piston est constitué par une cuvette cylindrique avec laquelle fait corps une soupape conique 27 qui est préférablement munie d'un anneau interne 28 servant de siège à l'une des extré- mités d'un ressort à boudin 29 dont l'autre extrémité est centrée et supportée d'une façon analogue par un chapeau démontable 31.
Le piston est par conséquent sollicité par le ressort 29 de façon à presser la soupape conique 27 appliquée sur l'orifice par lequel un conduit 32 communique ordinairement avec le conduit 11, ce conduit 32 étant relié au réservoir d'eau d'alimentation, de telle sorte que l'eau passant par ledit conduit 32 revient au réservoir.
La soupape 27 est ouverte par le piston 24 lorsque la pression régnant dans les conduits 11 et 13 excède d'une quantité prédéterminée la pression régnant dans le conduit
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'l 1 -t en 14. Lorsque la soupape s'ouvre, l'eau revient du tuyau 12 :"2XC C; et du conduit 11 au réservoir. Cette eau:'vnst-3tue/sur celle requise par la chaudière. Une quantité prédéterminée d'eau passe par le conduit 14 et le tuyau 16 à la chaudière. De préférence, cette quantité est proportionnée à la chaleur du foyer, de telle sorte qu'une vapeur d'eau de température
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exagérée serait engendrée si l'on ne prévoyait pas l'in- troduction d'une quantité d'eau d'alimentation supplémen- taire suivant l'invention.
Le piston ¯34,'et la soupape
27 maintiennent une pression constante à l'orifice de dosage 17, ce qui assure un débit sensiblement constant d'eau primaire.
L'eau introduite à l'entrée du tube 7 absorbe graduellement la chaleur à mesure qu'elle avance le long du tube, et se transforme d'abord en vapeur humide, puis en vapeur surchauffée, pour sortir finalement du tube.
L'eau d'alimentation primaire est telle que si elle absor- bait à elle seule toute la chaleur, le foyer produirait de la vapeur d'eau de température excessive. Par conséquent, ordinairement, la température de la vapeur fournie s'élève.
On a par conséquent prévu un dispositif influencé par la température pour déterminer l'entrée d'une quantité secon- daire d'eau d'alimentation dans la chaudière de telle manière que la température de la vapeur est plus constante que jusqu'à ce jour. L'eau secondaire absorbe une quantité suffisante de chaleur pour que la vapeur fournie possède la température convenable.
Le conduit 11 est continué dans la boîte à soupa- pes 9 par un élargissement 33. Dans la chambre 33 se meut une soupape conique 34 qui gouverne le passage de l'eau du conduit 11 à un conduit 36 prévu dans une tubulure inférieure 37 de la boîte 9. Un tuyau secondaire 38 va du conduit 36 à la chaudière 6. La soupape 34 est montée sur une tige 39 qui traverse un presse-étoupe 41 et aboutit à l'armature 42 d'un solénoïde. Cette armature est entou- rée par une bobine 43 que renferme une boîte 44 supportée à l'aide de tiges 46 par la boîte à soupapes 9.
L'extré- mité supérieure de la boîte 44 est fermée par un chapeau 47, et un ressort à boudin 48 emprisonné entre ce chapeau et l'armature 42 sollicite normalement la soupape 34 vers
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sa position de fermeture pour empêcher la communication entre les conduits 11 et 36.
Un dispositif est prévu pour.exciter le solénoïde en vue d'ouvrir la soupape 34 et de faire communiquer les conduits 11 et 36. Ce dispositif comprend un circuit électrique alimenté par une source de courant 49 dont une borne est mise à la terre en 51 et dont l'autre borne est reliée, par l'intermédiaire d'un interrupteur muni de contacts 52, 53, à la bobine 43, et de là, à une seconde terre 54. Lorsque le solénoïde est excité, la soupape 34 s'ouvre. Pour que le solénoïde soit excité, il faut que les contacts 52, 53 se touchent. Ges contacts sont commandés sous l'influence de la température de la vapeur.
A cet effet, on prévoit un thermostat comprenant une tige interne 56 et un tube externe 57. Ce tube est en contact avec la vapeur et est relié à l'une de ses extrémités au tube de la chaudière, tandis que son autre extrémité peut ,se dilater librement et est reliée à l'extrémité éloignée de la tige. L'extrémité opposée de la tige est reliée à un levier 58 portant le contact 53 et pivotant autour d'un support fixe 59 pour rapprocher ou éloigner le contact
53 du contact fixe 52.
Lorsque la température de la vapeur augmente, le tube se dilate, mais la tige, qui est faite d'une matière convenable, se dilate beaucoup moins. Pour cette raison, lorsque la température de la vapeur augmente, les cohtacts 52, 53 se ferment, ce qui excite le solénoïde. De préfé- rence, le thermostat est placé près de l'orifice d'échap- pement de la chaudière, afin que la température de la vapeur qui s'échappe agisse sur le thermostat pour comman- der le solénoïde 42. Dans un exemple de réalisation, le tube de la chaudière possédait environ 150 mètres de lon- gueur et le thermostat était placé à 6 mètres environ de l'orifice d'entrée de l'eau d'alimentation supplémentaire.
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Par conséquent, on se rend compte que lorsque la tempé- rature augmente près de l'orifice d'échappement, la soupape 34 s'ouvre en permettant à l'eau d'alimentation du conduit 11 de passer par le tuyau 38 à la chaudière.
L'eau d'alimentation supplémentaire a pour effet de dimi- nuer la température de la vapeur qui s'échappe, cette température diminuant suffisammentpour ouvrir les contacts
52, 53. Le solénoïde cessant d'être excité, la soupape 34 se ferme et coupe le passage d'eau d'alimentation par le tuyau 38 à la chaudière. La température de la vapeur qui s'échappe recommence alors à s'élever.
Les variations qui se produisent dans la quantité d'eau d'alimentation introduite dans la chaudière par le tuyau 16 agissent sur le thermostat 57, mais le retard de temps est considérable en raison de la longueur de tube par laquelle l'eau doit passer avant d'atteindre le thermostat. Par conséquent, dans une installation quelcon- que dans laquelle 'on s'en repose sur la quantité d'eau d'alimentation introduite à l'entrée du tube de chaudière pour influencer un thermostat placé près de la sortie de ce tube, la température a tendance à varier entre de grandes limites et à osciller de part et d'autre d'une valeur désirée plutôt qu'à rester au voisinage de cette température comme dans l'appareil suivant l'invention.
Pour surmonter cette tendance à l'oscillation et assurer une régulation automatique qui maintient la tem- pérature très près de la valeur désirée, on a prévu un dispositif servant à maintenir la température désirée de la chaudière entre des limites très voisines. L'eau qui passe par le conduit 36 sous le contrôle de la soupape 34 et du solénoïde 42 influencé par la température pénètre dans une zone 61 du tube 7 éloignée de l'entrée de ce tube et placée à une faible distance du thermostat 57.
On prévoit par conséquent deux entrées distinctes pour l'eau d'alimentation, ces entrées étant situées l'une à
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l'entrée du tube, pour la majeure partie de l'eau d'alimentation, l'autre, admettant l'eau d'alimentation introduite à titre d'élément de correction sous l'in- fluence de la température de la vapeur, à une faible distance du thermostat influencé par cette température.
L'eau d'alimentation passant par le tuyau 38 sous l'influence du régulateur a un effet prompt sur le ther- mostat. L'eau introduite est recueillie par la vapeur et entrée le long du tube de la chaudière. En se vaporisant, elle emprunte de la chaleur au tube 7 et à la vapeur qu'il contient, ce qui refroidit le thermostat. Cet effet est réalisé rapidement, étant donné que l'eau du régu- lateur est introduite à une faible distance du thermostat.
Par conséquent, l'eau passant par le tuyau 36 et le conduit 38 a un effet rapide sur le thermostat 57, et par suite sur la soupape 34. Si la vapeur sortant du tube 7 varie légèrement, le thermostat 57 est influencé et modifie la quantité d'eau d'alimentation introduite dans la chaudière par le tuyau 38. Cette eau influence à son tour rapidement le thermostat, de sorte que l'écart total entre la température réelle et la température norma- le désirée est très faible. Toutefois, une grande partie de l'eau d'alimentation est introduite par l'entrée du tube ? et emprunte la chaleur d'une façon relativement graduelle, selon le mode de travail usuel des chaudières de ce genre.
Dans la pratique, le dispositif entier cons- titue un système automatique qui fournit de la vapeur de température sensiblement constante malgré les fluctuations brusques qui se produisent dans la quantité de vapeur de- mandée par le moteur.
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"STEAM TEMPERATURE REGULATOR FOR BOILERS
STEAMED "
This invention relates to steam production installations, and more especially to devices for regulating the flow rate of evaporators such as steam boilers. The device according to the invention is in particular advantageously applicable to locomotives, stationary installations, marine engines and steam cars. Its use is especially desirable when there is a need for an ex @ ele and precise working installation.
In steam-powered automobiles it is best to keep the watch to a minimum, and as it is ex-
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While highly desirable to have steam at a substantially constant temperature despite variations in demand, precise automatic control is desirable. In larger installations, the steam supplied may have an approximately constant temperature if the amounts of fuel and water supplied are constant. In practice, especially in the case of small installations, this ideal is not realized, and a temperature controller, especially in the case of an instantaneous vaporization boiler, is advantageous for correcting the variations which occur in the boiler. the temperature of the steam.
Even with the supervisory staff available in the case of a large installation, the temperature cannot be exactly regulated by varying the main water supply, since the time delay is considerable and some of the turns boiler coils can be flooded at an inconvenient time.
One of the aims of the invention is therefore to establish a temperature regulator for boilers by means of which the steam supplied by the boiler corresponds substantially to the demand.
A further object of the invention is to provide a device for supplying steam having a substantially constant temperature.
The figure of the accompanying drawing is a schematic view of the regulator according to the invention, the valve box or frame being shown in cross section and part of the boiler being broken off to show the interior.
The regulator according to the invention preferably comprises means for introducing a primary quantity of feed water into a boiler at a rate such that the heat of the hearth gradually increases the heat.
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temperature of the resulting steam, in combination with means influenced by the temperature of the steam contained in the boiler to introduce additional feed water into this boiler so as to rapidly influence the temperature of the steam supplied by the boiler.
In the preferred embodiment of the invention, there is shown a boiler 6, which may be of the instantaneous type, or with a single tube. Tube 1 enters the body of the boiler near one end of this body, winds up and folds back on itself inside the boiler and finally exits through the other end of the boiler. In the case of a boiler for a motor vehicle, the length of this evaporator tube will be for example of the order of 100 meters, and this tube will receive feed water at the inlet end and will deliver superheated water vapor to the outlet end. The boiler is usually fitted with a heat insulator 8 serving to retain the heat of the burner and behaves mainly in the manner of a heat transfer device.
The feed water is preferably supplied by a pump (not shown) actuated by any suitable device, this pump usually being a positive-acting pressure pump which draws water from a reservoir and delivers it to the boiler. It is customary to give the pump a greater capacity than the maximum required by the boiler, the variable surplus being brought back to the tank without entering the boiler. This is achieved, in the present device, by a mechanism contained in a valve box 9, preferably constituted by a cast metal part having a series of conduits. One of the conduits 11 is connected by a hose 12 to the pump.
The duct 11 communicates by a transverse duct 13 with an exhaust duct 14 which is connected by a pipe 16 to the inlet of the tube '
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7 from the boiler.
To adjust the quantity of water passing through the pipe 14, there is provided in the pipe 13 an orifice 17 which can be adjusted by a needle 18 screwed into the box 9 and the conical tip of which is placed in a chamber 19, near the entry of the duct 13. By rotating the needle 18 it can be adjusted axially to vary the annular opening between the conical point and the duct 13. A gasket 21 pressed by a nut 22 prevents leaks along the duct 13. the needle rod, and a knurled knob 23 facilitates the adjustment of said needle.
Differential pressures existing on either side of the regulated orifice 17 are used to adjust the flow rate of the feed water with the aid of a differential piston 24 mounted to slide in a cylinder 26 forming part of the valve box 9. The piston is formed by a cylindrical cup with which is integral a conical valve 27 which is preferably provided with an internal ring 28 serving as a seat at one end of a coil spring 29 of which the other end is centered and supported in a similar fashion by a removable cap 31.
The piston is therefore biased by the spring 29 so as to press the conical valve 27 applied to the orifice through which a duct 32 ordinarily communicates with the duct 11, this duct 32 being connected to the feed water tank, thus such that the water passing through said conduit 32 returns to the reservoir.
The valve 27 is opened by the piston 24 when the pressure prevailing in the conduits 11 and 13 exceeds by a predetermined amount the pressure prevailing in the conduit
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'l 1 -t in 14. When the valve opens, the water returns from pipe 12: "2XC C; and from pipe 11 to the tank. This water:" vnst-3tue / on that required by the boiler. predetermined quantity of water passes through conduit 14 and pipe 16. Preferably, this quantity is proportioned to the heat of the hearth, such that a water vapor of temperature
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This would be exaggerated if provision was not made for the introduction of an additional quantity of feed water according to the invention.
The piston ¯34, 'and the valve
27 maintain a constant pressure at the metering port 17, which ensures a substantially constant flow of primary water.
The water introduced at the inlet of the tube 7 gradually absorbs the heat as it advances along the tube, and turns first to wet steam, then to superheated steam, to finally exit the tube.
The primary feed water is such that if it absorbed all the heat on its own, the fireplace would produce excessively hot water vapor. Usually, therefore, the temperature of the supplied steam rises.
A temperature-influenced device has therefore been provided for determining the entry of a secondary quantity of feed water into the boiler in such a way that the temperature of the steam is more constant than hitherto. . The secondary water absorbs a sufficient amount of heat so that the supplied steam has the correct temperature.
The conduit 11 is continued in the valve box 9 by an enlargement 33. In the chamber 33 moves a conical valve 34 which governs the passage of water from the conduit 11 to a conduit 36 provided in a lower tube 37 of the box 9. A secondary pipe 38 goes from the conduit 36 to the boiler 6. The valve 34 is mounted on a rod 39 which passes through a gland 41 and terminates in the armature 42 of a solenoid. This frame is surrounded by a coil 43 contained in a box 44 supported by rods 46 by the valve box 9.
The upper end of the box 44 is closed by a cap 47, and a coil spring 48 trapped between this cap and the frame 42 normally biases the valve 34 towards
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its closed position to prevent communication between conduits 11 and 36.
A device is provided for energizing the solenoid with a view to opening the valve 34 and communicating the conduits 11 and 36. This device comprises an electrical circuit supplied by a current source 49, one terminal of which is grounded at 51. and the other terminal of which is connected, by means of a switch provided with contacts 52, 53, to the coil 43, and from there, to a second earth 54. When the solenoid is energized, the valve 34 s' opens. For the solenoid to be energized, the contacts 52, 53 must touch each other. These contacts are controlled under the influence of the temperature of the steam.
For this purpose, a thermostat is provided comprising an internal rod 56 and an external tube 57. This tube is in contact with the steam and is connected at one of its ends to the boiler tube, while its other end can, expand freely and is connected to the far end of the rod. The opposite end of the rod is connected to a lever 58 carrying the contact 53 and pivoting around a fixed support 59 to move the contact closer or further.
53 of the fixed contact 52.
As the temperature of the vapor increases, the tube expands, but the rod, which is made of a suitable material, expands much less. For this reason, when the temperature of the vapor increases, the cohtacts 52, 53 close, which energizes the solenoid. Preferably, the thermostat is placed near the exhaust port of the boiler, so that the temperature of the escaping steam acts on the thermostat to control the solenoid 42. In an example of As a result, the boiler tube was approximately 150 meters long and the thermostat was placed approximately 6 meters from the inlet of the additional feed water.
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Therefore, it will be appreciated that as the temperature rises near the exhaust port, the valve 34 opens allowing the feed water from line 11 to pass through pipe 38 to the boiler. .
The additional feed water has the effect of lowering the temperature of the escaping steam, this temperature falling sufficiently to open the contacts
52, 53. With the solenoid ceasing to be energized, valve 34 closes and cuts off the feedwater passage through pipe 38 to the boiler. The temperature of the escaping steam then begins to rise again.
The variations which occur in the quantity of feed water introduced into the boiler through pipe 16 act on thermostat 57, but the time delay is considerable due to the length of pipe through which the water must pass before reach the thermostat. Consequently, in any installation in which one relies on the quantity of feed water introduced at the inlet of the boiler tube to influence a thermostat placed near the outlet of this tube, the temperature tends to vary between large limits and to oscillate on either side of a desired value rather than remaining in the vicinity of this temperature as in the apparatus according to the invention.
In order to overcome this tendency to oscillate and to provide automatic control which keeps the temperature very close to the desired value, a device has been provided for keeping the desired temperature of the boiler within very close limits. The water which passes through the pipe 36 under the control of the valve 34 and of the solenoid 42 influenced by the temperature enters a zone 61 of the tube 7 remote from the inlet of this tube and placed at a short distance from the thermostat 57.
There are therefore two separate inlets for the feed water, these inlets being located one to the other.
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the inlet of the tube, for the major part of the feed water, the other admitting the feed water introduced as a correction element under the influence of the steam temperature, at a short distance from the thermostat influenced by this temperature.
The feed water passing through pipe 38 under the influence of the regulator has a quick effect on the thermostat. The introduced water is collected by the steam and entered along the boiler tube. As it vaporizes, it borrows heat from tube 7 and the vapor it contains, which cools the thermostat. This effect is achieved quickly, since the water for the regulator is introduced at a short distance from the thermostat.
Therefore, the water passing through the pipe 36 and the pipe 38 has a rapid effect on the thermostat 57, and consequently on the valve 34. If the steam leaving the tube 7 varies slightly, the thermostat 57 is influenced and changes the temperature. quantity of feed water introduced into the boiler through pipe 38. This water in turn rapidly influences the thermostat, so that the total difference between the actual temperature and the normal desired temperature is very small. However, much of the feed water is introduced through the inlet of the tube? and borrows the heat in a relatively gradual manner, according to the usual mode of operation of boilers of this kind.
In practice, the whole device constitutes an automatic system which supplies steam of substantially constant temperature despite the sudden fluctuations which occur in the quantity of steam demanded by the engine.