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"Procédé et dispositifs d'accumulation et de restitution thermostatiques pour chauffage et force motrioe ".
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La présente invention est relative à la réalisation de chaufferettes, radiateurs d'appartements, calorifères, four- neaux de cuisine, marmites, chauffe-eau, fers à repasser, réchauffewro de gazogènes pendant les courts temps d'arrêt et accumulateurs dénergie absorbant et conservant de la chaleur au moment où elle: eost en excès pour la céder, à la demande, aux paliers de température optima.
Elle a pour but l'absorption, à la température la plus basse,mais néanmoins utilisable à la restitution,,de chaleur en excès sous un-e forme qui permet d'accumuler le plus de calories possible sous un poids et un volume les plus faibles et par conséquent d'une surface la plus réduite,la plus éoono-
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mique à réaliser et, par suite de la plus faible surface et de la température la moins élevée à déperditions les plus faibles pendant le temps d'attente avant la restitution.
Cette accumulation se fera en totalité à la température optima de consommation; c'est cette température qui sera choisie comme la plus basse. A la plus basse température la puissante d'absorption des appareils sera la plus grande. L'absorption et la restitution se faisant donc avec un écart de température de quelques degrés, il est possible. de s'en tenir au procédé classique d'utilisation de la chaleur spécifique de certains corps. Par contre, l'utilisation de la chaleur latente de fusion à la charge et, par conséquente de solidification à la décharge sera précieuse.
En conséquence, la présente invention prévoit l'utilisation de corps à grande chaleur de fusion massique et volumique dont le point de solidification est aussi proche que possible du point de fusion c'est-à-dire faisant peu ou pas du tout de surfusion,d'un prix d'achat ou de fabrication peu élevé et ne nécessitant pas, à cause de leur nature chimique, des matériaux pour fabriquer leur contenant,d'un coût trop élevé.
La première application de ce procédé est de se substituer à la vieille et classique bouillote à eau chaude pour le lit existant de par le monde à des centaines de millions d'exem- plaires. Les inconvénients de ce système sont 1 sa tempéra- ture irrégulière partant de 95 C environ jusqu'à 45 C, d'où il résulte,pour une provision de chaleur de 50 calories au litre, une chaleur à une température peu consommable au début qui ne pourrait être supportée directement par les pieds qui s'acomoderaient tout au plus de 50 degrés et si on y remédie par un isolant partiel il passera assez de chaleur les trente premières minutes et ensuite,la température de l'eau baissant de plus en plus, il en passera de moins en moins.
2 l'accu- mulation à un palier plus haut que celui d'utilisation donne
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des déperditions deux à trois fois plus grandes pendant un même temps. 3 la peu agréable opération de chaque jour de vider l'eau, d'en chauffer dans une bouilloire et de la verser chaude. Un dispositif de construction prévue dans la présente invention remédiera complètement à ce 3ème inconvénient même si on utilise quand même l'accumulation par l'eau chaude.
On a bien reprévu, depuis un certain temps}d'augmenter la chaleur emmagasinée par l'eau en y dissolvant des sels qui se déposaient au fur et à mesure du refroidissement fournis- sant un complément de chaleur par leur cristallisation;les choses se passent alors comme si l'eau avait une chaleur spécifique plus élevée, donc décharge à température variable.
Les appareils contenant ces solutions étaient chauffés au bain-marie car il y aurait eu danger d'explosion à chauffer à feu direct.
Pour les températures faibles le corps qui a la plus grande chaleur de fusion est l'eau (80 calories) et o'est aussi le moins cher; seulement, elle ne peut donner à l'état pur ces 80 calories par sa solidification qu'au palier zéro,,qui n'est pas donc pas utilisable dans la plupart des cas. Comme on peut abaisser le point de congélation ou solidification de l'eau par l'adjonction d'autres corps, on peut aussi relever ce point de solidification par un artifice de ce gene. On aura donc recours pour des températures variant entre 45 C et 150 C à des composés stables contenant le plus d'eau possi-
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ble qui ne se sublimermàpas au chauffage mais qui se fondront sans décomposition dO produitet que se solidifietoayjours à la même température.
Le premier produit à l'utilisation duquel a recours la t0' 1V présente invention sera le Zîono-Siltate de Sodium enjahydratë dont la composition est Na2 Si 03 9H2O dont le point de fusion est 48 C sa teneur eh eau est de 60%, sa chaleur de fusion au
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kilo est de 52 calories et au litre la densité étant 1,50 : 78 calories. Son prix de fatrication est pea élevé;il est celui de 86 grammes de Silicium,286 grammes de Soude (NaOH)
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et 63 gramme$'eau. Ce même corps pourra être utilisé à a pour la température de 65 degrésâ 4H'0 pour une tempéra- ture de 85 degrés.
Le second produit sera ltH¯osu7.fite de Sodium pentdraté (Na2 S2 o 5Hf? ) dont le point de fusion est également 4810 sa chaleur de fusion 45 calories au @ilo. et,au litre,,sa densité étant 1,73 jde77 calories.Ce composé étant un sous-produit d'autres fabrications chimiques, son prix pourra varier en baisse ou en hausse,suivant les demandes, de telle sorte qu'il pourrait parfois être d'une utilisation moins coûteuse que le premier produit.
Pour ces températures très modérées, la solidification d'abord aux parois extérieures pourrait constituer un isolant gênant produisant une chute de température utilisable trop forte.Pour palier à cet inconvénient,le. présente invention prévoit deux procédés : le premier}l'établissement de conduc- teurs métalliques de chaleur disposés sur toute la section du récipient et distancés de 10 en 10 m/m de façon à trans- .porter les calories de la partie centrale restée liquide sans être entravé par la partie solide;
la second l'emploi de deux appareils concentriques :a) celui de l'intérieur, chargé d'Oxyde de Baryum ennahydraté (Ba 0 9H2O) ou ]Sa (OH)2 + 8H20 ) dont le point de fusion est 78 C, chaleur de fusion au kilo 45 calories, au litre,la densité étant 1,66 ;
75 calories. qui sera utilisé en principal dans les radiateurs d'appartements,
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de voitures, etc. et-dans l'apppeil de l'extérieur le konooesi- lioate de Sodium qui crèvera même à l'dtarliquideune résistan- ce a l'acoulement des calories de l'appareil inté reur et, par conséquent, une chute de température à l'extéirieur et il en résultera que la solidification commencera par la partie
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centrale* Pour se libérer de la sujétion du chauffage au- bain-marie on prévoit une construction telle que tout danger de pression importante sera supprimé* A cet effet/les récipients seront 1 munis de fusibles fondant à une température inféri- eure à oelle donnant une tension de vapeur égale à l'atmosphère .
2) une soupape qui se soulève à la moindre pression. 3 le chauffage électrique utilisant une résistance ne laissant pas- ser à la température maxima qu'une quantité de watts-heures /en chaleur que l'appareil perdra par ses parois a cette température inférieure à l'équivalent /ou par un coupe-circuit thermique quelconque approprié et enfin 4 pour se prémunir contre le risque de non étanchéité de la soupape et de la fusion passée inaperçue du fusible., ce qui pourrait donner un écoulement imprévu du liquide, la construction sera faite de telle façon que le récipient pourra communiquer librement avec l'atmosphère sans que le liquide puisse se déverser. A cette fin,
le réci- pient sera d'une contenance un peu supérieure ou double du volume du liquide et portera à sa partie supérieure un tube ouvert à ses deux extrémité!', dont l'une partira du centre de gravité du volume du récipient et l'autre débouchant dans l'atmosphère; de cette façon, dans n'importe quelle position le liquide ne pourra avoir accès à l'orifice du tube par lequel pourront s'évacuer les vapeurs qui pourraient résulter d'un chauffage excessif.
Four remédier à la modification de la teneur en eau,par suite d'un chauffage anormal, les appareils porteront l'indica- tion de leur poids normale ce qui permettra aisément de faire avec précision l'apport d'eau nécessaire en cas de besoin.
On ne sortira pas du domaine de cette invention en appliquant ces dispositifs aux appareils à eau chaude.L'emploi de l'Oxyde de Baryum à 9 molécules d'eau pour faire provision de chaleur dans des radiateurs d'appartements qui auront été chauffés au gaz ou au charbon ou à l'électricité est particu- lièrement intéressant par son point d'accumulation qui est
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78 degrés,température idéale pour un chauffage d'appartement.
Cette utilisation sera très précieuse pour utiliser le Courant de Nuit alors que le chauffage devra être fait le joute
Pour le chauffage permanent la puissance.. du chaaf- ga électrique sera égal à 24 divisé par le nombre d'heures de courant bon Marché, et cette puissance elle-même sera modifié automatiquement en fonotionde la température extérieure par l'action d'un appareil thermique qui. mettra,le contact sur un des multiples enroulements secondaires d'un seul transforma- teur à primaire unique qui donnera la tension qui conviendra à la puissance nécessaire.
En plus,chaque récipient sera muni d'un coupe-circuit électrique établi de la manière suivante ;: une résistance en fer indépendante des résistances de chauffage sera placée dans la masse à chauffer. Cette résistance sera traversée par le courantde l'électro-aimant qut doit vaincre la force d'un ressort pour établir le courant dans les résistances de chauffage.Tant que la résistance en fer se trouve à une température inférieure à 90 Ocelle laisse passer un courant d'une intensité suffisante pour actionner l'électro-aimante tandis qu'à 110 C sa résistance a augmenté au point que le courant qui la traverse est insuffisant et l'éléectro-aimant est vaincu par le ressorte d'où rupture du courant de chauffe.
Lorsqu'il s'agit d'un chauffage d'appartement intermittent comme des bureaux (8 heures par jour) les récipients à Baryte seront calorifugés et munis intérieurement de tubes de passage d'air,passage qui pourra être intercepté par un régistre supé- rieur qui sera commandé par - électro-aimant de deux manières :
1 par le courant établi dans l'électro par une pendule aux heures d'ouverture et coupé aux heures de fermeture,ce cou- rant agissant dans un des deux enroulements de l'électro 2 par l'action d'un courant d'une plus grande intensité
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établi dans un second enroulement de l'éléotro-aimant et agissant en sens contraire du courant établi par le pendure, ce courant de plus grande intensité s'établissant par la dilatation du mercure qui aura lieu lorsque la température maxima de l'appartement sera atteinte. Dans cette disposition à accumulation pure et calorifugeage le transformateur à varia- tion de voltage automatique ne sera plus nécessaire.
La{présente invention prévoit l'applicatio# de ce système d'accumulation à 78 C ou plus aux calorifères qui seraient enveloppés de la matière à fondre. Les avantages de cette application sont les suivantes :1 au moment de plein feu le
Calorifère ne rayonnera plus une chaleur trop forte et malsaine
2 le rendement du calorifère pourra être doublé en faisant refroidir les gaz br&lés par la matière à 110 maximum au lieu d'être envoyés dans la cheminée à 600 ou 700 C;
3 suppression du feu continu qui nécessite de l'anthracite d'un prix 3 fois plus élevé que le charbon flambant qui sera brûlé convena- blement 2 heures par jour par exemple pour une accumulation de 24 heures,tandis que l'anthracite brûlé en feu lent et continu se consume en oxydation simple c.à.d. incomplète, cat il fono- tionne comme un gazogène formant de l'oxyde de carbone (CO) qui ne produit théoriquement que le 1/3 de chaleur par unité de carbone (30 calories ) qu'il donnerait en faisant de l'acide carbonique (CO2) 90 calories.
Dans le but de sécurité on pourra construire le calorifère pour cette application de telle façon que le l'eau (vapeur ) soit l'intermédiaire entre la masse à fondre et la paroi à forte température et on placera une soupape de sûreté sur le circuit de vapeur limitant la pression et par conséquent la température. Les chaudières de chauffage central seront.très utilement agencées pour cette aplication
Une application de ce genre sera faite au fourneau de cuisine,
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mais comme la température pour cuissons diverses est plus forte on emploiera comme masse à fondre de la soude caustique (Na OH) tondant à 315 C et donnai 40 calories au kilotsoit 80 calories au dm3. Ce fourneau sera calorifugé et comportera des fours et des plaques chauffantes pour les grillades.
Ces plaques seront masquées pendant le temps de non utilisation par des couvercles fortement calorifuges.Un seul feu ardent pendant une ou deux heures suffira pour desservir la cuisine à toute heure pendant 24 heures. Ce fourneau pourra être égale- ment changé de chaleur par du Courant de Nuit..ON établira de même façon un fer à repasser qui, bien calorifuge sur les faces sauf sur la face frottante, pourra avec un litre de conte- nance de soude permettre un repassage de 2 heures. On pourra pour le fer à repasser remplacer la soude par du nitrate de Lithium qui coûte beaucoup plus cher,mais qui à poids égale accumule au palier 250, 2,2 fois autant de chaleur que la Souâe et à volume égal 2,75, c.à.d. 88 calories au kilo.
Cette accumulation à haute température sera appliquée avantageusement au--chauffe- bain instantané qui fera sa provision par courant de nuit et qui fournira à n'importe quel moment de l'eau à la température désirée,car elle ne passera dans les serpentins noyés dans la masse fondue-qu'au moment de la demande. Si c'est pour un bain tiède,,on fait passer l'eau plus rapidement que pour de l'eau plus chaude évitant ainsi les torrents de vapeur dégagés par l'eau sortant des chauffe-cau. accumulant celle-ci à 95 C,
La même application pourra se faire à des marmittes à pot- au-feu qui demander de longues cuissons, qui seront calorifiugées également avec une partie du calorifuge amovible pour permettre la charge par chauffe à flamme.
Pour les températures au delà de 150 %ni la présente invention utilise des matières qui ont une chaleur de fusion aussi élevée que l'eau à même volume tel
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que la soude, et même au poids,tel que l'aluminium :92 calo - ries au kilo et 250 calories au litre à la température de 650 degrés; le chlorure de sodium, à 790 Cj 126 calories au kilo & 272 au litre; le fluorure de Sodium se solidifiant à 992 degrés en donnant 189 calories au kilo soit 500 calories au litre, le fluorure d'aluminium à 1291 degrés en donnant 210 calories au kilo soit 600 au litre mais mieux encore un mélange des deux à raison de 40 % de fluorure d'aluminium & 60,8% de fluorure de sodium c,à.d. la oryolithe fondant à 1000 degrés.
Cette température de fusion de la oryolithe naturelle ou artifi- cielle pourra être abaissée de 300 degrés par l'addition de fondants tels que le chlorure de sodium à raison de 27%.
L'utilisation de cette acumulation à haute température n'offre aucune difficulté lorsqu'il s'agit de charger avec du courant électrique qu'on fera chauffer par induction,sans circuit magnétique,pour éviter des résistances coûteuses et délicates,même si on doit restituer des calories à basse température comme de la vapeur pour usines chimiques ou même pour la force motrioe.C'est une question de disposition de l'échangeur de chaleur qui sera alapté à chaque cas particulier.
Il y a des cas où on peut utiliser des accumulateurs à
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haute température avec des gaz très chauds sortant par exempta des fours métallurgiques.Dans ce Bas la fusion se fera dans des fours à réverbère,le cette façon il est clair qu'on peut avantageusement remplaoer les coûteux et encombrants aooumula- teurs de vapeur. On utilisera ce procédé d'accumulation de chaleur pour éviter le gel de l'eau de refroidissement des moteurs d'auto de la manière suivante :on placera à un niveau inférieur du radiateur et des enveloppes des cylindres un réservoir calorifugé.Ce réservoir pourra contenir toute l'eau de oiroultation et en plus un réservoir contenant du monosili-
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cate à 9 H2O. A l'arrêttoute l'eau des radiateurs retombe dans le réservoir inférieur.
La pompe de circulation enverra par le bas l'eau dans la double paroi des cylindres, d'où elle ressortira par le haut pour se rendre au radiateur d'où elle redescendra auéservoir inférieur* Pour charger l'accumulateur de chaleur c.à.d. fondre le monosilicate il suffira;-- un peu deltemps avant, l'arrêt du moteur, de fermer les voleté du radia- teur de telle sorte que l'eau viendra chaude dans le réservoir.
On peut prévoir une provision de chaleur et un calorifugeage tels qu'il soit possible de repartir après 12 heures d'arrêt par temps de gelée avec de l'eau à 48 C.Si on ne vise que d'éviter seulement la gelée pour un temps beaucoup plus long on pourra accumuler de la chaleur au palier 29 par du chlorure de Calcium à 6H2O donnant 41 calories au kilo ou 78 au litre*
Une application de ce genre pourra être faite aux gazogènes de camions qui doivent stationner fréquemment pour éviter le refroidissement du carbone au-dessous de la température de combustion,qui est néoessaire pour pouvoir repartir instantané- ment sans réallumage.
Pour simplifier les discussions avec des contrefacteurs éventuels il est signalé quelques équivalents tenchniques qui présentent des inconvénients sur les corps désignés dans la présente description : . à 4 C le Nitrate de Calcium à 4 H2 0 chaleur 33 calories au kilo et 63 au litre, à 51 Cle même à 3 H2 O:28#& 56 calories, à 48 C le nitrate ferrique à 9 H 0 : 66 & 110 calories, à 60 C le nitrate ferreux à 6 H 0 50 & 100 calories,à 64 C la Soude Na OH + 1 H2 0: 46 & 80 calories, à 72 C le nitrate d'Aluminium à 18 H2 0 : 75 calories au kilo & 115 au litre, le phosphate de Sodium trisodique à 12 H2 0 à 60 & 100, à 85 C l'arséniate trisodique à 12 H2 0 : 50 & 95 calories, à 89 C le nitrate de magnésium à 6H2O:
65 & 105 calories, à 99
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Totassium purs ou mélangés entre eux.
REVENDICATIONS.
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1.- Procédé pour l'accumulation et le restitution thermo- statiques par chauffage et force motrioe à utilisation domestique et industrielle, caractérise par le fait quil consiste à faire emploi de corps à grande chaleur de fusion massique et volumique dont le point de solidification est aussi proche que possible du point de fusion.