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n y,I't'IES DE.1'IQ.E CHAIEOR. "
La présente invention a trait aux systèmes de transfert de cha- leur, particulièrement par vaporisation et condensation d'un fluide; et elle fournit un procédé perfectionné comportant l'application de dispositifs de ré- glage thermostatiques qui peuvent être utilisés dans un large champ d'applica- tions, par exemple pour le chauffage d'habitations, pour la réfrigération, le chauffage d'eau, etc.....
L'un des objets de l'invention consiste à transférer de la
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chaleur en proportion variable, de façon à maintenir une tompêraturlplédéter- minée pratiquement constante* Elle indique des dispositif!! perfectionnas de réglage par lesquels le transfert d'une grande quantité de chaleur peut être commandé d'une manière très précise et avec beaucoup de facilité par la varia-
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..tion d'une quantité de chaleur relativement faible t on réalise ainsi un effet d'amplification calorifique.
Un autre objet de l'invention consiste en un système dans lequel la température d'un corps dissipant de la chaleur, tel qu'un radiateur, séga- lise automatiquement à. chaque instant avec la température d'un organe de réglage laquelle température peut être modifiée dans des proportions considérables sans qu'il se produise un transfert appréciable de chaleur entre l'organe de réglage et le corps principal dissipant de la chaleur*
L'invention fournit aussi un dispositif de commande susceptible d'assurer le réglage d'une certaine quantité de chaleur provenant d'une source', et transmise à un corps dissipant cette chaleur, sans l'intermédiaire de pièces mobiles, robinets, écrans, etc... que l'on peut facilement contr8ler par un appareil sensible tel qu'un thermostat.
Suivant l'invention, un dispositif de commande électrique per- met de régler ce transfert de chaleur conformément aux variations d'un courant éklectrique.
Bien que non limité à ces applications, le système de l'inven- tion est particulièrement avantageux dans les installations de chauffage où l'on désire régler progressivement par des procédés thermostatiques, la transmission d'une certaine quantité de chaleur, c'est-à-dire autrement que par un dispositif tout ou rien, Grâce à la présente invention, on peut rapidement et doucement régler, dans de larges limites, la quantité de chaleur dissipée par un radia- teur pour échauffer ou refroidir de l'air ou un liquide,
Suivant une forme préférée de l'intention, on fait appel à un système de transfert de chaleur comportant une surface de vaporisation et de condensation recevant la. chaleur d'une source appropriée telle qu'une chaudière;
ce système comporte une chambre de commande, de préférence sans contact ther- mique avec le système principal de chauffage et comportant un élément chauffant séparé jouant le rôle de pilote. Dans un tel système, la surface de vaporisation reçoit la chaleur d'une certaine source, et la surface de condensation abandonne cette chaleur à l'air, à l'eau ou à tout autre milieu destiné à être chauffé ou refroidi. La chambre de commande est prévue et connectée de telle façon que, lorsque l'élément chauffant pilote est Inactif, pratiquement la totalité de la vapeur serrant au transfert de la chaleur se condense et s'accumule dans la chambre de commandeDans ces conditions, aucun transfert de chaleur ne peut se @
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produire à partir de la source d'alimentation.
Par contre, quand l'élément chauffant pilote fonctionne de manière à élever la température de la chambre de commande le liquide vaporisa- ble en est expulsé vers le système radiateur principal et 11 sert alors à assu- rer le transfert de chaleur à partir de là source, au travers de la surface de vaporisation vers la surface de condensation.
La présente Invention est basée sur le principe que le liquide expulsé de la chambre de commande vers le radiateur principal est toujours automatiquement proportionné à la quantité qui est nécessaire pour que la sur- face de condensation ait pratiquement la même température que la chambre de commande, jusqu'à ce qu'on atteigne sensiblement la température de la source de chaleur.
Par conséquent, si la surface de condensation doit dissiper des quantités de chaleur très variables, 11 se produit une variation correspondante de la quantité de liquide expulsé de la chambre de commande vers le radiateur principal, de telle sorte que le transfert de chaleur à partir de la source de chaleur, par l'Intermédiaire de la surface de vaporisation vers la surface de condensation, se produise toujours dans les proportions voulues de façon à maintenir la température de la surface de condensation pratiquement la même que la température du liquide de la chambre de commande* En d'autres termes, le système de transfert de chaleur fonction- ne automatiquement pour établir un équilibre thermique et hydrodynamique dans lequel la vapeur qui se condense sur la surface du condensateur est Immédiate- ment ramenée vers la surface de vaporisation,
la surface mouillée ou active de l'évaporateur étant toujours juste suffisante pour effectuer le transfert de chaleur à partir de la source et en proportion voulue, de manière à égaliser la température de la surface de condensation avec celle de la chambre de com- mande.
Comme l'équilibre thermique et hydraulique est automatiquement réalisé dans le système, au cas d'une diminution de la température de la sur- face du condenseur, consécutivement à une dissipation plus forte de la chaleur, la tension de vapeur dans la chambre de commande devient suffisante pour expul- ser une quantité supplémentaire de liquide dans le système principal de trans- fert de chaleur, ce qui a pour effet d'augmenter ce transfert. En effet la sur- face humide de l'évaporateur se trouve ainsi augmentée, de manière à donner lieu à un transfert de chaleur plus rapide entre la source et le condenseur.
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Inversement, au cas où la température du condenseur tend à monter conséeutive- ment à une dissipation de chaleur plus faible, la pression de vapeur, dans le système principal augmente et devient suffisante pour provoquer le retour du fluide vers la chambre de commande, jusqu'à ce que la surface humide de l'éva- porateur ait suffisamment diminué, de façon à maintenir la température du condenseur identique à celle de la chambre de commande*
La température du condenseur étant ainsi automatiquement corré- lative à celle de la chambre de commande de liquide, on voit qu'une variation voulue quelconque de la température de cette dernière provoque une variation correspondante de la température de la surface du condenseur Par conséquent, en modifiant sélectivement la quantité de chaleur, dégagée par un radiateur pilote relativement petit,
on peut facilement faire varier, dans de larges limites, la température de la chambre de Commande et provoquer par suite les variations correspondantes de la température du condenseur principal de même qu'une variation de la quantité de chaleur transférée de la source vers le condenseur* Dans une réalisation apprppriée, le rapport de la quantité de cha- leur transférée à partir de la source, par l'intermédiaire de la surface de vaporisation, vers le condenseur, peut être plusieurs centaines de fois égal à la quantité de chaleur fournie à la chambre de commande, correspondant ainsi à un très grand facteur d'amplification.
Ceci est particulièrement vrai dans le cas où c'est la vapeur qui constitue la source de chaleur car la chaleur latente dégagée au cours de la condensation de la vapeur sur la surface de vaporisation se transmet dans des conditions favorables, d'où il résulte que les coefficients de transfert dans tout le système sont très élevés.
De préférence, le radiateur pilote se présente sous ia forme dtun élément chauffant électrique de faible puissance, de telle sorte qu'on puisse faoilement régler le courant qui l'alimente, par un dispositif thermo- statique ou analogue. On peut également utiliser d'autres radiateurs pilotes, par exemple un brûleur à gaz ou analogue. La chambre de commande est de préfé- rence située assez loin de la chambre de vaporisation et de condensation de la vapeur active, de manière à ce qu'il ne s'effectue pratiquement aucun échange de chaleur entre ces deux chambres, ce qui facilite la variation indépendante de la température de la chambre de commande de liquide conformément à la quantité de chaleur produite dans le radiateur pilote.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les
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avantagesde l'invention en se référant à la description suivante et aux des- sins qui 1'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple'non limitatif et dans lesquels 1
La Fig. 1 représente schématiquement, partie en coupe, un ra- diateur à vaporisation et à condensation, recevant la chaleur d'une chaudière ainsi que la chambre de commande électriquement chauffée et commandée par un contact thermostatique.
La Fig.2 est un diagramme représentant le réglage du chauffage d'un appartement obtenu à l'aide du radiateur de la Fig.l.
La Fig.3 représente une variante dans laquelle on utilise deux chambres de commande disposées en cascade, de manière à accroître le facteur d'amplification.
La Fig.4 représente schématiquement, partie en coupe, un radia- tour à circulation d'air comportant une variante de l'invention destinée à permettre le transfert maximum de chaleur dans l'espace minimum, avec le mini- mum de matériel
La Fig.5 représente schématiquement, partie en coupe, un appa- reil de réfrigération conforme à l'invention et permettant le réglage du transfert de chaleur.
La Fig.6 montre un appareil de commande de température confor- me à l'invention et disposé de façon à maintenir, dans d'étroites limites, la température d'une enceinte Isolée calorifiquement.
La Fig.7 représente un appareil à eau chaude conforme à l'in- vention et permettant d'obtenir un réglage précis de la température sans l'in- termédiaire de pièces mobiles telles que des robinets, etc...
Sur la Fig.l, on a représenté en 10 un radiateur placé dans une pièce indiquée en ligne pointillée, et constitué de préférence par des plaques de métal embouties et soudées les unes au@@ autres de manière à former un certain nombre de colonnes 11 séparées par des intervalles 12 destinés à la circulation de l'air ambiant. Le fond du radiateur 10 est de préférence incliné de façon à rassembler le liquide de condensation et à le diriger vers le tube 13.
Ce dernier est connecté au tube 14 dont une extrémité est inclinée vers le bas et se prolonge dans une chambre calorifugée à vapeur 15 où l'on entretient continuellement de la vapeur vive fournie par une chaudière (non représentée) pu par une autre source par l'intermédiaire de la conduite 16
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qui sert aussi de retour vers la source de la vapeur condensée Un isolement thermique approprié 17 évite toute dissipation de la chaleur provenant de la chambre 15, la conduite 16 étant également isolée, ainsi que le tube 14,
Une chambre fermée de commande 20 est placée assez loin du tube 14 et de la surface du radiateur 10; un tube 21 de dimensions relativement faibles assure la communication entre la chambre 20 et le fond du récipient 13.
Ce tube 21 est agencé pour réduire au minimum le transfert de chaleur entre la chambre 20 et le système radiateur principal, constitué par le tube 14 et le radiateur 10.
Dans la forme préférée de l'invention, représentée Pig.l, un élément chauffant électrique 22 est monté à l'intérieur du tube 28 scellé dans la chambre de commande 20 Cet élément 22 est de puissance relativement faible et il est alimenté par le secondaire d'un transformateur 23 directement sous la commande d'un interrupteur thermostatique 24. la consommation pouvant être celle d'une lampe à puissance habituelle. L'interrupteur 24 fonctionne sous l'action des variations de température d'une enceinte ou chambre 25, représen- tée en pointillé, dans laquelle on désire maintenir une température constante en réglant celle du radiateur 10.
On scelle de préférence hermétiquement (par soudure ou brasure) le radiateur 10, le tube vaporiseur 15 et la chambre de commande 20, de méme que les tubes 13 et 21, de telle sorte qu'on puisse réaliser un système ther- mique étanche* L'ouverture 26 permet d'extraire de ce système tous les gaz.
On introduit ensuite une certaine quantité de liquide vaporisable, comme 1'eau ou l'alcool par exemple ou un fluide analogue. La quantité de liquide est telle qu'on soit sur de mouiller rigoureusement la totalité de la surface de transfert du tube de vaporisation à l'intérieur de l'enceinte 15, de manière à réaliser le maximum possible d'échange de chaleur. D'ordinaire, on obtient cette condition quand le volume du liquide est suffisant pour remplir au tiers environ la partie effective du tube 14 à l'intérieur de l'enceinte 15.
De préférence, le volume de la chambre de commande 20 est prévu légèrement plus grand qu'il n'est nécessaire pour contenir la totalité du li- quide ci-dessus introduit dans 1'appareil* Dans ces conditions, on a la ceritte4 de que pratiquement la totalité du liquide peut être accumulée dans la chambre 20, ce qui arrête pratiquement si l'on veut, le transfert de chaleur à partir de la chambre à vapeur 15 vers le radiateur 10 par l'intermédiaire de l'éva-
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-porateur 14. Comme le système est vidé et chargé ensuite de liquide vaporisa- ble, une très petite quantité de ce dernier demeure à l'état de vapeur à la pression de vapeur saturante correspondant à la température du liquide restant, Mais comme la vapeur qui reste ne se condense pas, il n'y a pratiquement aucun échange de chaleur.
Cependant, les conditions sont telles que des nouvelles quantités de liquide se vaporisent dès qu'on élève la température de la cham- bre 20.
Après le vidage du système et son remplissage consécutif par le liquide approprié, de faibles quantités de gaz subsistant éventuellement dans l'appareil sont entraînées par le mouvement de la vapeur vers la partie supé- rieure du radiateur 10, sans gêner sensiblement son fonctionnement. En vue de réduire la quantité de gaz étrangers, l'appareil est de préférence chauffé à une température relativement élevée quand on y fait le vide. Ce traitement provoque la décomposition de toutes les matières organiques, telles que l'huile susceptibles d'adhérer à la surface interne de l'appareil en cours de fabri- cation.
Le système ayant été vidé, puis chargé par l'intermédiaire de l'ouverture prévue à cet effet, cette dernière est fermée et scellée à la manière habituelle, Si, en cours de fonctionnement, la température de l'air dans la chambre 25, tombe au-dessous d'une certaine valeur prédéterminée à laquelle fonctionne l'interrupteur thermostatique 24, le radiateur pilote 22 s'échauffe consécutivement à son alimentation par le secondaire du transfor- mateur 23.
De préférence, la puissance absorbée par le radiateur 22 est choi- sie de façon qu'à la température normale ambiante, la chaleur fournie à la chambre de commande 20 provoque la vaporisation d'une petite quantité de liqui- de qui y est contenue, en vue de provoquer une tension de vapeur suffisante pour expulser pratiquement tout le liquide de la chambre 20 pendant un temps prédéterminé qui peut être de 16 ou de 20 minutes par exemple.
Par conséquent, dès que la température augmente dans la chambre 20 consécutivement à l'appoint de chaleur provenant du radiateur pilote 22, une petite quantité de liquide se vaporise aussitôt, Il en résulte une surpres- sion au-dessus du liquide de la chambre 20, qui est suffisante pour expulser le liquide de cette dernière dans le tube 21, d'où il arrive au tube 13. Dès que le niveau du liquide dans le tube 13 s'élève au-dessus de l'orifice du tube de vaporisation 14, le liquide expulsé s'écoule immédiatement vers l'ex- @
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-trémité du tube 14 monté dans la chemise 15, mouillant ainsi la surface de vaporisation du tube 14.
Le liquide absorbe donc immédiatement la chaleur et il est vaporisé pour se condenser par la suite dans le radiateur 10. L'augmen- tation résultante de tension de vapeur dans le tube 14 et le radiateur 10 re- tarde ou même arrête momentanément l'arrivée de nouvelles quantités de liquide venant de la chambre de commande 20. Mais si la température du liquide dans cette dernière continue $, croître consécutivement à l'apport de chaleur par le radiateur pilote 22, une quantité supplémentaire de liquide s'y trouve va- porisée et il en résulte que le liquide est de plus en plus expulsé dans la chambre de vaporisation..
Etant donné que le régime d'échange de chaleur provenant de l'enceinte 15 et transmise au radiateur 10 par l'intermédiaire de la surface de vaporisation du tube 14, varie avec la quantité de liquide qui mouille la surface de vaporisation, il y a un rapide accroissement de la quantité de chaleur transmise par le radiateur 10 à l'air ambiant de l'enceinte 25, car une quantité de plus en plus grande de liquide vient mouiller la surface de vaporisation* Par conséquent, il y a augmentation de la température de l'air ambiant à laquelle fonctionne le thermostat 24. Une fois atteinte la tempéra-- ture pour laquelle le thermostat 24 ouvre ses contacts, le radiateur pilote 22 cesse d'être alimenté et il en résulte la suppression de tout apport de cha- leur au liquide restant dana la chambre 20.
Au cours de ce processus, la température T2 de la surface de condensation du radiateur 10 correspond à tout instant à la température T1 du liquide dans la chambre de commande 20. Lorsque cette dernière n'est plus chauffée et que sa température commence à diminuer par suite de la dissipation de chaleur dans l'ambiance, il y a également diminution de la tension de Ta- peur à l'intérieur de la chambre 20. Ceci permet à une partie de la vapeur se condensant dans le radiateur 10 et drainée par le tube 13 de revenir dans la chambre de commande 20.
Etant donné que la température Tl du liquide de la chambre 20 continue à diminuer de plus en plus, une quantité de plus en plus grande de liquide est extraite du système principal de vaporisation*
De préférence, la chambre de commande 20 est agencée de telle sorte qu'elle atteigne la température ambiante au bout de 15 à 20 minutes environ. En d'autres termes, la durée de refroidissement de la chambre 20 correspond de préférence à sa durée d'échauffement; cela réalise des bonnes
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conditions de réglage de la température par le thermostat 24.
Il est préférable que la durée de réponse du thermostat 24 aux variations à partir de la température prédéterminée, soit nettement plus courte que la durée d'échauffement et de refroidissement de la chambre de commande 20, il en résulte une modulation appropriée de la température de l'enceinte 25 : c'est-à-dire que, lorsque le thermostat 24 répond rapidement à une augmentation ou à une diminution de la température de l'enceinte 25, l'apport des calories par le radiateur pilote 22 se produit et cesse à des intervalles relativement fréquents; du fait de l'action de chauffage intermittent et de l'emmagasinement temporaire de chaleur dans la ohambre 20, la température du liquide de cette chambre est pratiquement maintenue à une valeur moyenne qui ne diffère que peu de la température prédéterminée désirée.
Il en résulte le maintien de la tem- pérature T2 du radiateur 10 à une valeur moyenne appropriée qui correspond à la température désirée dans l'enceinte 25 selon le réglage du thermostat 24.
La Fig.2 représente schématiquement cette action du "chauffage modulé". Dans se schéma, la température T1 du liquide de la chambre de comman- de 20 et la température T2 de la surface du radiateur 10 sont automatiquement maintenues à la valeur moyenne indiquée par la ligne pointillée A B de façon à maintenir la température T3 de l'air de l'enceinte 25 à une valeur prati- quement constante C, quand la température de l'air ambiant extérieur entourant l'enceinte 25 est égale à D.
Dans le cas où la température de l'air environnant de l'enceinte 25 (air extérieur par exemple) diminue brusquement jusqu'à une valeur infé- rieure telle que E, les températures T1 et T2 du système de chauffage augmen- tent alors automatiquement jusqu'à la valeurdmoyenne indiquée par la ligne pointillée FG.
Cette variation'des températures T1 et T2 s'effectue assez ra- pidement, de sorte qu'il n'en résulte pratiquement aucune variation apprécia- ble de la température T3 de l'air de l'enceinte 25,
Grâce à la présente invention, on peut donc facilement réaliser le contrôle thermostatique d'échange de chaleur entre une source et un radia- teur en vue de maintenir pratiquement constante une certaine température pré- déterminée, sans l'utilisation de robinets ou autres mécanismes susceptibles de comporter des fuites ou autres difficultés d'entretien.
On peut de plus aisément effectuer, grâce à un appareil sensible tel que le commutateur ther- mostatique, la oommande précise et rapide d'une quantité relativement consi- dérable de chaleur*
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Dans la variante de la Fig.3. le radiateur 10' est pratiquement le même que celui de la Fig.l. L'évaporateur 30 consiste toutefois en une cham- bre double comportant une paroi d'échange de chaleur 31 séparant la chambre à vapeur primaire 32 de l'évaporateur 33. La vapeur primaire est admise dans la chambre 32 et provient d'une source appropriée .(non représentée) par tinter-- médiaire de la tuyauterie d'admission 35, la vapeur condensée étant évacuée par la tubulure 34.
La différence la plus importante consiste toutefois en deux chambres de commande de liquide 40 et 41. La chambre 40 est connectée par le tube 42 au récipient 13' du radiateur 10' et elle comporte un tube interne 43 ' d'échange de chaleur qui remplit la double fonction de condenseur et d'évapo- rateur. La chambre de commande pilote 41 est reliée au tube 43 par le tube 44 et comporte un élément chauffant 45. Une extrémité du tube évaporateur 46 se prolonge à l'intérieur de la chambre à vapeur primaire @@ et arrive légèrement au-dessus du fond du tube 43.
Dans la variante de la Fi.3, on a donc prévu deux chambres séparées de vaporisation et de condensation, chacune étant vidée ou remplie d'une quantité appropriée de liquide vapopisable. L'échange principal de cha- leur est effectué par le radiateur 10', ainsi que par la chambre d'évaporation 3' il est commandé par la chambre de commande de liquide 40 qui communique avec cette dernière. Le système auxiliaire d'évaporisation est constitué par le tube de condensation et d'évaporation combinés 43, l'évaporateur 46 et 'la chambre pilote 41.
Au cours du fonctionnement, lorsque les contacts du thermostat 24 se ferment, l'élément chauffant 45 de la chambre pilote 41 est alimenté par le secondaire du transformateur 23. Des qu'il existe une pression suffisante de vapeur dans la chambre pilote 41, pour forcer le liquide dans le tube éva- porateur 46, la chaleur est transférée de la chambre à vapeur primaire 32 au tube d'évaporation et de condensation 43, par l'intermédiaire de la surface mouillée du tube 46. La condensation de la vapeur fournie par cette dernière surface au tube 43 sert à fournir de la chaleur au liquide de la chambre de commande 40.
Il en résulte que du liquide est expulsé de la chambre d'évapo- ration 40 dans la chambre principale d'évaporation 33 pour amorcer le trans- fert de chaleur de la chambre 32 vers le radiateur 10', le fonctionnement étant le même que celui décrit précédemment.
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Grâce à la disposition en cascade des chambres de commande de la Fig.3, la quantité de chaleur à fournir à la chambre pilote 41 est notable- ment réduite en proportion de l'échange total de chaleur s'effectuant dans le système principal d'évaporation, De cette manière, les chambres de commande 40 et 41 servent à augmenter le coefficient global d'amplification de plusieurs centaines à plusieurs milliers, puisque les deux facteurs d'amplification des deux systèmes de transfert de chaleur sont en effet multiplies
Dans la forme améliorée de la Fig.4, comportant l'application de la circulation forcée, la présente invention est utilisée pour régler l'é- change de chaleur entre les tuyaux intérieurs 50 auxquels est constamment fournie la vapeur ou tout autre fluide chauffant,
et les tubes extérieurs 51 qui comportent des ailettes 52 destinées à dissiper la chaleur vers l'air forcé sur leur surface par la soufflerie électrique 53 ou par tout autre moyen ap- proprié, Les tubulures 50 et 51 sont de préférence disposées concentriquement et dans ces conditions telles qu'elles soient séparées par un espace relative- ment étroit. Les tuyaux 50 sont connectés à des collecteurs convenables 54 re- lias eux-mêmes à la source de vapeur, Les tubes extérieurs 51 sont scellés de préférence par soudure ou brasure à chaque extrémité, soit directement aux tuyaux 50, comme représenté, soit aux collecteurs 53 et 54 si on le désire.
Les extrémités des tubes 50 et 51 sont de préférence Incurvées comme l'indique le dessin, pour permettre une certaine dilatation entre le tube 50 et le tube 51 quand Ils sont soumis à des températures différentes.
Les collecteurs 54 sont recouverts d'une couche de matière isolante, afin d'éviter toute perte de chaleur, sauf lors du fonctionnement du système de transfert de chaleur. Le nombre des éléments du radiateur doit être proportion- né suivant les cas. Bien qu'on ait représenté les tubes 50 et 51 comme étant verticaux dans la forme préférée de réalisation de la fig.4, on conçoit qu'on puisse les faire horizontaux ou les incliner de tout angle vulu.
De toute façon, la construction de l'ensemble est telle qu'après vidage et remplissage des espaces annulaires par un liquide approprié, par l'in- termédiaire du tube 55, les espaces entre les tubes 50 et 51 sont en communi- cation l'un avec l'autre et connectés à la chambre de commande de liquide 57.
Comme on le voit, un tube convenable 58 sert à interconnecter l'espace compris entre les deux sections tubulaires concentriques, tandis que le tube 50, muni dtun serpentin chauffant 60, sert,à relier dous les espaces à la chambre de
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commande de liquide 57.
De préférence, le tube 59 part de la chambre 57 et il est en- roulé autour d'un des collecteurs 54, comme représenté, en vue de vaporiser au préalable le liquide provenant de la chambre 57, avant d'arriver dans les espaces dtévaporation des éléments du radiateur* La pré-vaporisation du liquide dans le serpentin 60 éliménepratiquement toute possibilité d'introduction d'une quantité excessive de liquide dans le radiateur pouvant donner lieu à des sur- pressions brusques. De telles surpreesions peuvent forcer le retour d'une cer- taine quantité de liquide dans la chambre de commande et il peut s'établit des conditions hydrodynamiques instables. On les élimine pratiquement grâce au . serpentin 60.
Pour stabiliser davantage le fonctionnement du système, le tube 59 oomporte de préférence plusieurs ailettes 61 qui assurent la condensation de la vapeur, de telle sorte qu'il ne puisse en arriver dans la chambre de commande 57. Si cela se produisait, 11 en résulterait un transfert apprécia- ble de chaleur entre le système principal et la chambre de commande, et par conséquent un certain trouble du :fonctionnement.
Sur la Fig.4, on a représenté un perfectionnement consistant en un évasement 65 du tube d'alimentation 59, On le situe de préférence juste au-dessus de la chambre de commande 57, ce qui permet l'accumulation des gaz et évite qu'ils soient entraînés par le liquide vers la chambre 57.
Au cours du fonctionnement de l'appareil de la Fi.4, le ther- mostat 24 commande l'alimentation du radiateur pilote 22 destiné à la chambre de commande 57. La quantité de chaleur qu'il fournit sert comme précédemment à accroître la température du liquide dans la chambre de commande 57, ce qui expulse le liquide par le tube 59, le serpentin 60 dans l'espace compris entre les tubulures 50 et 51. Comme ce liquide traverse le serpentin 60, il est toujours vaporisé avant d'arriver dans le radiateur.
Comme dans les figures précédentes, la quantité de vapeur dans le radiateur est toujours autimatiquement proportionnée de façon à égaliser la température des surfaces de condensation des tubes 51 avec Belle maintenue dans la chambre de commande 57. Par conséquent lorsque la commande de l'élément chauffant 22 par le thermostat 24 est telle qu'elle maintienne à une valeur prédéterminée la température du liquide dans la chambre de commande 57, l'é- change de chaleur se produit de manière à assurer une température constante de l'air environnant le thermostats -IL
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Lorsque l'élément pilote 22 cesse d'être alimenté,
la tempéra- ture de la chambre 57 diminue en permettant à la pression de vapeur du radia- teur d'assurer le retour de la vapeur par le tube 59 vers la chambre 57; mais cette vapeur qui a traversé le serpentin 60, est toujours condensée dans la région de tube 59 où se trouvent les ailettes.
Comme le représente la Fig.4, la chambre 57 et les parties du tube 59 munies d'ailettes, sont situées sur le passage de l'air chauffé au moment où il quitte le radiateur. Grâce à ce dispositif et du fait de l'action régénératrice de l'air chauffé passant au-dessus de la chambre de commande, on réduit au Minimum la quantité de chaleur de l'élément chauffant 22 nécessai- re pour assurer la commande du sysetème d'échange dans une grande gamme de température. Par exemple, pour un certain nombre de watts consommés dans l'élé- ment chauffant 22, la température de chambre 57 s'accroît normalement d'une certaine quantité au-dessus de la température ambiante, D'autre part, cette augmentation de température de la chambre 57 sert à expulser le liquide, de manière à amorcer l'échauffement de l'air.
Cet échauffement de l'air ambiant assure à son tour une augmentation de la température de la chambre de commande 57. Cette action est cumulatives jusqu'à ce qu'une quantité suffisante de li- quide soit expulsée de la chambre de commande vers le radiateur, de manière à mouiller toute la surface de vaporisation.
Dès que le radiateur pilote 22 cesse d'être alimenté, en vue de diminuer le transfert de chaleur, la chambre de commande 57 se refroidit et la vapeur est expulsée des espaces où s'effectue l'échange de chaleur en- tre les tuyaux 50 et les tubes à ailettes 51, dans le tube 59, Cette vapeur est condensée dans la partie garnie d'ailettes 59 et retourne à la chambre de commande 57. Quand diminue l'échauffement de l'air par les ailettes 51, il y a également diminution de la température de l'air ambiant qui entoure la chambre de commande 57, ce qui facilite le refroidissement ultérieur de cette dernière, De la sorte, il s'établit une action cumulative inverse entre la chambre 57 et l'élément chauffant.
Par conséquent, en plaçant la chambre de commande 57 sur le trajet de l'air chauffé la puissance du radiateur 22 peut être réduite au minimum pour une variation donnée de l'action chauffante du radiateur principal par convection à air forcé.
Dans l'appareil de réfrigération représenté Fig.5. on utilise une variante de l'invention destinée à prélever de la chaleur de l'espace in-
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-térieur à l'enveloppe 70 à des taux variables, de façon à maintenir à l'in térieur une température pratiquement constante et prédéterminée, L'appareil producteur de chaleur 71 est représenté schématiquement à l'intérieur de l'en- veloppe 70, et il peut affecter la forme d'un redresseur à arc par exemple ou de tout autre générateur de chaleur que l'on désire maintenir à toute tempé- rateure prédéterminée, mais pas nécessairement plus élevée que la température de l'air ambiant qui entoure l'enveloppe 70,
On peut donc utiliser l'appareil de la Fig.5 pour prélever de la chaleur sur un liquide ou tout autre milieu circulant dans l'enveloppe 70, de façon à maintenir le liquide à une tempéra* ture constante prédéterminée*
Le système d'échange de chaleur de la Fig.5 consiste en un circuit fermé de vapeur 72 comportant une section ou un serpentin d'évapora- tion 73 placé.à l'intérieur de l'enveloppe 70 et destiné à absorber la chaleur de celle-ci, et un serpentin 74 disposé à l'extérieur de l'enveloppe 70, en vue de dissiper la chaleur dans l'air ambiant ou dans tout autre milieu. Le circuit de vapeur est tout d'abord vidé, puis rempli d'un liquide approprié, de la même manière que précédemment* La chambre de commande 75 est connectée, par le tube 76,
à un réservoir 77 d'accumulation du liquide condensé placé sur la branche de retour du circuit entre le serpentin inférieur 74 et le serpen- tin 73.
Dans ce système, l'interrupteur thermostatique 24 est placé de- manière à être sensible à la température de l'appareil générateur 71, ou du fluide ou de la matière contenue dans l'enveloppe 70 Le thermostat 24 comman- de l'alimentation du radiateur pilote 22 à partir du secondaire d'un transfor- mateur 23, de la même façon que précédemment, mais avec cette différence que le thermostat 24 ferme ses contacts quand la température à l'intérieur de l'enveloppe 70 dépasse une valeur prédéterminée.
En cours de fonctionnement, quand la température à l'intérieur de l'enveloppe 70 à laquelle est soumis le thermostat 24 dépasse une certaine valeur prédéterminée, les contacts 24 dépthnrmostat se ferment et alimentent l'élément chauffant 22. Il en résulte une expulsion du liquide de la chambre de commande ve s le système d'échange de chaleur* Le liquide expulsé est alors vaporisé de nouveau dans le serpentin 73 et condensé dans le serpentin 74.
De cette manière, une certaine quantité de chaleur est prélevée à l'intérieur de l'enveloppe 70 dans des conditions qui dépendent des dimensions de la sur-
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-face mouillée de l'évaporateur 73 ; l'effet réfrigérant est réglé par le fonc- tionnement du radiateur pilote 75 sous le contrôle du thermostat 24.
Quand la chaleur est prélevée en quantité suffisante de l'in- térieur de l'enveloppe 70, en vue de réduire la température à laquelle est soumis le thermostat 24, les contacts de ce dernier se séparent et coupent l'a- limentation de l'élément chauffant 22. Il en résulte une réduction de la ten- sion de vapeur dans la chambre de commande 75, ce qui permet à la pression de la vapeur, dans le système de transfert, de forcer le retour du fluide conden- sé dans la chambre de commande, et provoque une diminution de la surface acti- ve de l'évaporateur 73, de la même manière que précédemment.
On peut ainsi régler l'échange de chaleur de façon à maintenir une température pratiquement constante à l'intérieur de l'enveloppe 70.' La variante de la Fig.6 peut être utilisée dans le cas où l'on désire fournir de la chaleur pour maintenir une température prédéterminée à l'intérieur de l'enceinte dans des limites étroites et précises. Dans ce dis- positif, on règle la température à l'intérieur de l'enceinte 80 au moyen du serpentin chauffant 81 auquel la chaleur est transférée à partir de l'enceinte 82 à vapeur primaire. Le serpentin 81 a une surface exposée relativement gran- de. De préférence, la totalité de la surface interne de l'enceinte 80 est mé- tallique, et les bobines 81 sont maintenues en bon contact thermique avec eelle par soudure ou brasure.
Les extrémités du radiateur 81 sont reliées à l'évaporateur 85 qui est en parfait contact thermique avec l'enceinte 82. La vapeur primaire est fournie à partir d'une source appropriée, par l'intermédiaire de la tuyau- terie 83, et les produits de condensation sont ramenés par le tube 84, de façon à maintenir l'alimentation de l'enceinte 82. Le réservoir 86 accumulant la vapeur condensée est placé sur le tube de retour 87 entre le fond du serpentin 81 et l'évaporateur 85, Le tube 88 part du fond du réservoir 86 pour atteindre la chambre de commande 89.
Pour obtenir une commande préoise de la température, cette chambre 89 est placée à l'intérieur d'un logement 90 prévu au sommet de la chambre isolée 91 qui forme l'élément condenseur d'un système auxiliaire d'é- change de chaleur recevant ses calories du tube évaporateur 92 de la chambre 82.
Le tube évaporateur 92 traverse le fond de la poche 93 prévue
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au fond de la chambre de condensation 91. Une chambre de commande isolée 95 est connectée, par le tube 96, avec le fond de la poche 93, et par le tube 97 avec la partie de la poche située au-dessus du niveau de l'extré- mité du tube évaporateur 92. Les tubes 96 et 97 sont flexibles et prévus en cuivre mou, de telle sorte que des vis de réglage 98 permettent de régler le niveau de la chambre auxiliaire 95.
Le système auxiliaire d'échange de chaleur comportant la cham- bre de condensation 91, le tube évaporateur 92 et la chambre de commande 95. est convenablement vidé et ensuite rempli d'un liquide tel que, si la chambre de commande 95 est approximativement remplie à moitié, le reste du fluide dans le système serve à transférer suffisamment de chaleur du tube évapo@a- teur 92 vers la chambre de commande 89, ce qui maintient la température de la dite chambre 89 sensiblement à la valeur prédéterminée que l'on désire con- server dans l'enceinte isolée 80. On obtient un réglage de la température de la chambre de commande 89 en faisant varier le niveau de la chambre de com- mande 95.
Le fonctionnement de l'appareil de la Fig.6 est le suivant:
Tant qu'on maintient l'alimentation de vapeur dans la chambre 82, la température de la chambre de commande 89 sera toujours maintenue à une valeur constante prédéterminée Indépendamment des variations du voisinage, tant que cette ambiance reste au-dessous de la température prédéterminée.
La vaporisation du liquide dans le tube 92 et la condensation de la vapeur dans la chambre 91 se poursuivent automatiquement au régime nécessaire pour main- tenir une température prédéterminée
La chambre de commande 89 étant maintenue à une température constante, il s'ensuit que la quantité convenable de liquide sera expulsée de la chambre 89 vers le système principal d'échange de chaleur, de manière à effectuer ce transfert de l'évaporateur 85 aux serpentins 81, au régime approprié pour maintenir la température de la chambre 80 à la valeur cor- respondant à celle de la chambre de commande 89.
On peut appliquer les perfectionnements de la présente inven.- tion aux appareils de chauffage à eau, tels que ceux représentés sur la Fig.7.
Dans ce but on peut utiliser un réservoir d'eau 115 de capacité suffisante pour répondre aux besoins normaux et comportant un tube d'arrivée 117 conneo- té à une source d'eau appropriée, ainsi que des conduits de sortie 116 qui
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débitent l'eau chaude emmagasinée, la température de cette eau étant prédé- terminée* Le contenu du réservoir 115 est chauffé par des échanges de chaleur provenant de la chambre 118 qui est reliée, par la conduite 99 et le tube de condensation 100, à une chaudière ou à tout autre source de vapeur.
Si on le désire, on peut prévoir une forme apprppriée de réservoir de condensation 101, pour éviter les pertes de vapeur vive provenant de la chambre 118 par l'inter- médiaire du tube de retour 100,
L'échange de chaleur fourni par la chambre 118 est réalisé par un certain nombre de tubes 102, chacun comportant une partie évaporatrice s'étendant dans la chambre 118, et une partie condensatrice arrivant dans la chambre 103,, On proportionne convenablement pour le maximum de chaleur à fournir, les dimensions et le nombre des tubes 102, Qn ou plusieurs des tubes 102 sont munis d'un réservoir de condensation 104 relié, par le tube 105, avec la chambre de commande 106 pourvue de l'élément chauffant pilote 107,
Les tubes 102 et la chambre 106 sont convenablement vidés et ensuite remplis d'une quantité appropriée de liquide vaporisable, de la même manière que pré- cédemment.
Dans l'appareil de chauffage d'eau, l'alimentation de l'élément chauffant 107 est commandée par le thermostat principal 110(qui peut être du type à sufflet) comportant une ampoule 110a placée de préférence de manière à être sensible à la température de la chambre 103. On'peut disposer l'ampoule 110a dans le réservoir principal 115, si on le désire. Un thermostat 111 est connecté en série avec le thermostat principal 110 et il peut également être du type à soufflet muni d'une ampoule llla sensible à la température de la chambre de commande de liquide 106.
Pour éviter la dissipation de chaleur à partir de la chambre à vapeur 118 et de la ligne d'alimentation 99, on prévoit un revêtement ap- proprié de matière isolante, La chambre de chauffage d'eau 103 est connectée au réservoir d'eau principal 115 par le tube 112 qui part du sommet de la chambre 103, pour arriver au sommet du réservoir 115, et par le tube 113 qui part du fond de la chambre 103 pour arriver au fond du réservoir 115, établis- sant ainsi une circulation par thermo-syphon,
Au cours du fonctionnement, on maintient la chambre 118 en liaison avec une source de vapeur vive, ce qui se fait pratiquement sans perte, sauf dans le cas où le système d'échange de chaleur est en fonctionnement* Le
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thermostat principal 110 agit quand la température de l'eau de la chambre 103 s'écarte d'une certaine valeur prédéterminée,
Le thermostat 111 est prévu pour maintenir ses contacts fermés dans les conditions normales, et pour les ouvrir lorsque la température de la chambre de commande de liquide 106 dépas- se une certaine valeur de sécurité prédéterminée. Cette dernière valeur de la température est de préférence prévue de telle sorte que la température de la partie condensatrice des tubes 102 soit toujours maintenue au-dessous de la valeur pour laquelle il se produirait un dépôt excessif de sels minéraux.
Ainsi, la limitation de la température évite tous les dégâts consécutifs à la surchauffe de l'élément pilote 107 ou de la chambre de commande elle-même,
Dans le but de prévoir un réglage tapide, l'élément chauffant 107 est de préférence d'une puissance relativement grande par rapport aux variantes de l'invention précédemment décrites, de façon à échauffer très vite la chambre de commande de liquide 106 et à expulser rapidement le li- quide de cette dernière dans le système d'échange de chaleur.
Ceci est par- ticulièrement avantageux en tenant compte des conditions correspondant à de grands débits d'eau chaude et quand la température de l'eau de la chambre 103 tombe fortement au-dessous de la valeur prédéterminée désirée, Dans ce cas, les contacts du thermostat principal 110 se ferment, et la puissance élevée du radiateur pilote 107 provoque le déplacement de la quasi-totalité du liquide de la chambre 106 vers le système d'échange de chaleur.
Il en résulte que la chaleur est transférée de la chambre 118 à la chambre 103 au débit maximum, ce qui restaure rapidement l'alimentation de l'eau chaude dans le réservoir 115 à la température prédéterminée voulue, Dans ces conditions, quand la température de la chambre 106 atteint la valeur limite, le thermostat 111 ouvre ses contacts pour éviter tout échauffement ultérieur de la chambre de commande. Le'thermostat 111 ferme ensuite et ouvre ses contacts, de façon à maintenir la chambre de commande 106 à la tempéra- ture maximum, jusqu'à, ce que l'eau de la chambre 103 soit revenue à la tempé- rature prédéterminée pour laquelle le thermostat principal 110 ouvre ses con- tacts, coupant ainsi l'alimentation de l'élément chauffant 106.
Dans ces conditions, la température de la chambre de commande 106 revient à la valeur normale, et la vapeur condensée, accumulée dans le réservoir 104, retourne dans la chambre de commande 106, faisant pratiquement aesser tout transfert de chaleur de la chambre 118 vers la chambre 103.
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En cas de besoin d'eau chaude en faible quantité, le thermos- tat principal 110 sert àlors à fermer et à couper l'alimentation de l'élément chauffant 107, de façon à maintenir la température de l'eau de la chambre 103 constamment à la valeur prédéterminée, sans augmentation de la température de la chambre de commande 106 Jusqu'à, atteindre la valeur pour laquelle fonction- ne le thermostat 110.
L'appareil objet de l'invention permet donc de faire varier rapidement le régime du transfert de chaleur de la chambre 118 à la chambre 103, dans de larges limites, de manière à satisfaire aux conditions généra- lement rencontrées dans les installations d'eau chaude* De plus, on supprime toutes les difficultés inhérentes aux systèmes de régulation de vapeur par robinets.
Un autre avantage de l'invention réside en ce que la tempéra- ture maxima de l'eau est toujours limitée à la valeur désirée pour laquelle fonctionne le thermostat principal, ce qui permet d'éviter les dangers de brûlure quand l'eau est destinée à une baignoire. De plus, grâce au thermostat principal directement sensible à la température de la chambre d'eau chaude, pratiquement toute l'eau du réservoir principal peut être portée à la tempé- rature désirée, sans stratification ou accumulation de couches d'eau à tem- pérature excessive au sommet du réservoir, ainsi qu'il arrive généralement dans les appareils courants à eau chaude.
Tous les techniciens concevront que le principe de l'invention est sujet à de nombreuses variantes, sans se départir de l'esprit du présent brevet. Par exemple, la chambre de commande de liquide représentée dans les formes préférées de réalisation est connectée de telle sorte que le liquide est expulsé du fond vers le système de transfert principal Ce dispositif est généralement préféré, car il permet de diminuer la puissance absorbée par l'élément chauffant.
Toutefois, dans le cas où l'on ne désire pas diminuer la puissance de l'élément chauffant, on peut connecter le sommet de la chambre de commande de liquide au système de transfert principal 'de chaleur, de ma- nière que le liquide contenu soit antérieurement vaporisé en totalité par la chaleur de l'élément chauffant, et c'est la vapeur qui est alors transférée au système principal d'échange* Avec un tel dispositif, quand l'élément chauffant cesse d'être alimenté, la vapeur contenue dans la chambre de com- mande de liquide se condense en aspirant une quantité de vapeur supplémen-
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-taire provenant du système principal qui est ensuite condensée.
Cette con- densation se prolonge jusqu'à ce que pratiquement la totalité du liquide soit revenue à la chambre de commande de liquide.
De même, bien qu'on ait représenté, dans la forme préférée de l'invention, une seule chambre de commande de liquide, on conçoit qu'on puisse en prévoir plusieurs, si on le désire, en communication avec un ré- servoir comnmn de condensation et fonctionnant indépendamment, ou en même temps pour expulser des volumes différents de liquides dans le système de - transfert principal* Grâce à ce dispositif, on peut graduer le régime d'échan- ge de chaleur du système principal, suivant les volumes relatifs de liquide expulsé, en faisant fonctionner une ou plusieurs chambres de commandet Dans un tel dispositif, la température de chaque chambre de commande atteint de préférence sa valeur maximum, de façon à éviter le retour des produits de condensation au cours du fonctionnement des autres chambres de commande.
On conçoit également qu'on puisse apporter diverses autres modifications de l'invention. Dans le dispositif représenté fig.l, on peut par exemple précoir un élément chauffant 27 pour le thermostat 24, si on le désire. Cet élément est disposé au voisinage immédiat du thermostat 24 et il est connecté de manière à être alimenté quand le thermostat ferme ses con- tacts. De la sorte, la chaleur-engendrée par l'élément 27 chauffe le ther- mostat 24 et provoque l'ouverture de ses contacts, avant que la température de l'enceinte 25 n'atteigne la valeur voulue, ce qui permet de réduire au minimum les variations de température de l'enceinte 25.
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne de-sire pas se limiter à ces formes particulières, données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que, par conséquent, toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentre- raient comme elles dans le cadre de l'invention.
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n y, I't'IES DE.1'IQ.E CHAIEOR. "
The present invention relates to heat transfer systems, particularly by vaporization and condensation of a fluid; and it provides an improved method comprising the application of thermostatic control devices which can be used in a wide field of applications, for example for heating of houses, for refrigeration, for water heating, etc .....
One of the objects of the invention is to transfer
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heat in variable proportion, so as to maintain an almost constant temperature * It indicates device !! control improvements by which the transfer of a large quantity of heat can be controlled very precisely and with great ease by the variation
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..tion of a relatively small amount of heat t thus achieves a heat amplifying effect.
Another object of the invention is a system in which the temperature of a heat-dissipating body, such as a radiator, automatically equals to. every moment with the temperature of a regulating member which temperature can be changed in considerable proportions without taking place an appreciable transfer of heat between the regulating member and the main body dissipating heat *
The invention also provides a control device capable of ensuring the adjustment of a certain quantity of heat originating from a source ', and transmitted to a body dissipating this heat, without the intermediary of moving parts, valves, screens, etc. etc ... which can be easily controlled by a sensitive device such as a thermostat.
According to the invention, an electrical control device makes it possible to regulate this heat transfer in accordance with the variations of an electrical current.
Although not limited to these applications, the system of the invention is particularly advantageous in heating installations where it is desired to gradually regulate by thermostatic methods, the transmission of a certain quantity of heat, that is to say. that is to say otherwise than by an all-or-nothing device, Thanks to the present invention, it is possible to quickly and gently adjust, within wide limits, the quantity of heat dissipated by a radiator to heat or cool air or a heater. liquid,
According to a preferred form of the intention, a heat transfer system is used comprising a vaporization and condensation surface receiving the. heat from a suitable source such as a boiler;
this system comprises a control chamber, preferably without thermal contact with the main heating system and comprising a separate heating element playing the role of pilot. In such a system, the vaporizing surface receives heat from a certain source, and the condensing surface relinquishes that heat to air, water, or any other medium intended to be heated or cooled. The control chamber is provided and connected in such a way that when the pilot heater is inactive, substantially all of the steam squeezing at the heat transfer condenses and accumulates in the control chamber. Under these conditions, no transfer heat cannot be @
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produce from the power source.
On the other hand, when the pilot heating element is operated to raise the temperature of the control chamber the vaporizable liquid is expelled from it to the main radiator system and then serves to ensure the transfer of heat from there. source, through the vaporization surface to the condensation surface.
The present invention is based on the principle that the liquid expelled from the control chamber to the main radiator is always automatically proportioned to the quantity which is necessary so that the condensate surface has practically the same temperature as the control chamber, until the temperature of the heat source is substantially reached.
Therefore, if the condensing surface is to dissipate widely varying amounts of heat, there is a corresponding variation in the amount of liquid expelled from the control chamber to the main radiator, so that the heat transfer from the heat source, via the vaporization surface to the condensing surface, always occurs in the desired proportions so as to maintain the temperature of the condensing surface practically the same as the temperature of the liquid in the condensing chamber. control * In other words, the heat transfer system works automatically to establish a thermal and hydrodynamic equilibrium in which the vapor which condenses on the surface of the condenser is immediately returned to the vaporizing surface,
the wetted or active surface of the evaporator being always just sufficient to effect the transfer of heat from the source and in the desired proportion, so as to equalize the temperature of the condensing surface with that of the control chamber.
As thermal and hydraulic equilibrium is automatically achieved in the system, in the event of a decrease in the temperature of the condenser surface, as a result of greater heat dissipation, the vapor pressure in the control chamber becomes sufficient to force an additional amount of liquid into the main heat transfer system, thereby increasing this transfer. In fact, the wet surface of the evaporator is thus increased, so as to give rise to a faster heat transfer between the source and the condenser.
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Conversely, in case the temperature of the condenser tends to rise as a result of lower heat dissipation, the vapor pressure in the main system increases and becomes sufficient to cause the fluid to return to the control chamber, until that the wet surface of the evaporator has sufficiently reduced, so as to maintain the temperature of the condenser identical to that of the control chamber *
Since the temperature of the condenser is thus automatically correlated with that of the liquid control chamber, it can be seen that any desired variation in the temperature of the latter causes a corresponding variation in the temperature of the surface of the condenser. selectively changing the amount of heat released by a relatively small pilot heater,
one can easily vary, within wide limits, the temperature of the Control chamber and consequently cause the corresponding variations of the temperature of the main condenser as well as a variation of the quantity of heat transferred from the source to the condenser * In a suitable embodiment, the ratio of the quantity of heat transferred from the source, via the vaporization surface, to the condenser, may be several hundred times equal to the quantity of heat supplied to the condenser. control chamber, thus corresponding to a very large amplification factor.
This is particularly true in the case where it is the vapor which constitutes the heat source because the latent heat released during the condensation of the vapor on the vaporization surface is transmitted under favorable conditions, from which it follows that the transfer coefficients throughout the system are very high.
Preferably, the pilot radiator is in the form of a low power electric heating element, so that the current which feeds it can easily be regulated by a thermostatic device or the like. It is also possible to use other pilot heaters, for example a gas burner or the like. The control chamber is preferably located far enough from the vaporization and condensation chamber of the active vapor, so that there is practically no heat exchange between these two chambers, which facilitates the operation. independent variation of the temperature of the liquid control chamber in accordance with the amount of heat produced in the pilot radiator.
We will better understand the new features and
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advantages of the invention with reference to the following description and the accompanying drawings, given merely by way of non-limiting example and in which 1
Fig. 1 schematically shows, partly in section, a vaporizing and condensing radiator, receiving heat from a boiler and the electrically heated control chamber controlled by a thermostatic contact.
Fig.2 is a diagram showing the adjustment of the heating of an apartment obtained using the radiator of Fig.l.
FIG. 3 represents a variant in which two control chambers arranged in cascade are used, so as to increase the amplification factor.
Fig. 4 schematically shows, partly in section, an air circulation radiator comprising a variant of the invention intended to allow the maximum transfer of heat in the minimum space, with the minimum of material.
FIG. 5 schematically shows, partly in section, a refrigeration apparatus according to the invention and allowing the heat transfer to be regulated.
Fig. 6 shows a temperature control apparatus according to the invention and arranged so as to maintain, within narrow limits, the temperature of a heat insulated enclosure.
Fig. 7 shows a hot water appliance in accordance with the invention and enabling precise temperature control to be obtained without the need for moving parts such as taps, etc.
In Fig. 1 there is shown at 10 a radiator placed in a room indicated in a dotted line, and preferably formed by stamped metal plates welded to each other so as to form a number of columns 11. separated by intervals 12 intended for the circulation of ambient air. The bottom of the radiator 10 is preferably inclined so as to collect the condensation liquid and to direct it towards the tube 13.
The latter is connected to the tube 14, one end of which is inclined downwards and extends into a heat-insulated steam chamber 15 where live steam is continuously maintained supplied by a boiler (not shown) or by another source by the 'intermediate pipe 16
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which also serves as a return to the source of the condensed vapor A suitable thermal insulation 17 prevents any dissipation of the heat coming from the chamber 15, the pipe 16 being also insulated, as well as the tube 14,
A closed control chamber 20 is placed far enough from tube 14 and the surface of radiator 10; a tube 21 of relatively small dimensions provides communication between the chamber 20 and the bottom of the container 13.
This tube 21 is arranged to reduce to a minimum the heat transfer between the chamber 20 and the main radiator system, formed by the tube 14 and the radiator 10.
In the preferred form of the invention, shown Pig.l, an electric heating element 22 is mounted inside the tube 28 sealed in the control chamber 20 This element 22 is of relatively low power and it is powered by the secondary a transformer 23 directly under the control of a thermostatic switch 24. the consumption may be that of a lamp at usual power. The switch 24 operates under the action of the temperature variations of an enclosure or chamber 25, shown in dotted lines, in which it is desired to maintain a constant temperature by adjusting that of the radiator 10.
The radiator 10, the vaporizer tube 15 and the control chamber 20, as well as the tubes 13 and 21, are preferably hermetically sealed (by soldering or brazing) so that a sealed thermal system can be produced * The opening 26 makes it possible to extract all the gases from this system.
A certain quantity of vaporizable liquid is then introduced, such as water or alcohol, for example, or a similar fluid. The amount of liquid is such that we are sure to thoroughly wet the entire transfer surface of the vaporization tube inside the chamber 15, so as to achieve the maximum possible heat exchange. Usually, this condition is obtained when the volume of the liquid is sufficient to fill about a third of the effective part of the tube 14 inside the enclosure 15.
Preferably, the volume of control chamber 20 is provided to be slightly larger than necessary to contain all of the above liquid introduced into the apparatus. Under these conditions, it is ensured that substantially all of the liquid can be accumulated in chamber 20 which, if desired, substantially stops the transfer of heat from vapor chamber 15 to radiator 10 through the evacuation.
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-porator 14. As the system is emptied and then charged with vaporizable liquid, a very small quantity of the latter remains in the vapor state at the saturated vapor pressure corresponding to the temperature of the remaining liquid. which remains does not condense, there is hardly any heat exchange.
However, the conditions are such that new quantities of liquid vaporize as soon as the temperature of chamber 20 is raised.
After emptying the system and its subsequent filling with the appropriate liquid, small quantities of gas possibly remaining in the apparatus are entrained by the movement of the vapor towards the upper part of the radiator 10, without appreciably interfering with its operation. In order to reduce the amount of foreign gases, the apparatus is preferably heated to a relatively high temperature when evacuated. This treatment causes the decomposition of all organic matter, such as oil which may adhere to the internal surface of the device during manufacture.
The system having been emptied, then charged through the opening provided for this purpose, the latter is closed and sealed in the usual way, If, during operation, the temperature of the air in chamber 25, falls below a certain predetermined value at which the thermostatic switch 24 operates, the pilot radiator 22 heats up as a result of its power supply by the secondary of the transformer 23.
Preferably, the power absorbed by the radiator 22 is chosen so that at normal ambient temperature the heat supplied to the control chamber 20 causes vaporization of a small quantity of liquid contained therein, with a view to causing sufficient vapor pressure to expel substantially all of the liquid from chamber 20 for a predetermined time which may be 16 or 20 minutes for example.
Consequently, as soon as the temperature rises in chamber 20 as a result of the addition of heat from pilot radiator 22, a small amount of liquid immediately vaporizes. This results in overpressure above the liquid in chamber 20. , which is sufficient to expel the liquid from the latter into the tube 21, from where it arrives at the tube 13. As soon as the level of the liquid in the tube 13 rises above the orifice of the vaporization tube 14 , the expelled liquid immediately flows to the ex- @
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end of tube 14 mounted in jacket 15, thus wetting the vaporization surface of tube 14.
The liquid therefore immediately absorbs heat and is vaporized to subsequently condense in the radiator 10. The resulting increase in vapor pressure in the tube 14 and the radiator 10 delays or even momentarily stops the flow. new quantities of liquid coming from the control chamber 20. But if the temperature of the liquid in the latter continues to increase as a result of the supply of heat by the pilot radiator 22, an additional quantity of liquid is there will- porized and the result is that the liquid is more and more expelled into the vaporization chamber.
Since the heat exchange regime coming from the enclosure 15 and transmitted to the radiator 10 via the vaporization surface of the tube 14 varies with the quantity of liquid which wets the vaporization surface, there is a rapid increase in the quantity of heat transmitted by the radiator 10 to the ambient air of the enclosure 25, because an increasing quantity of liquid comes to wet the vaporization surface * Consequently, there is an increase in the temperature of the ambient air at which the thermostat 24 operates. Once the temperature for which the thermostat 24 opens its contacts has been reached, the pilot radiator 22 ceases to be supplied with power and the result is the elimination of any supply of heat. - their to the remaining liquid in chamber 20.
During this process, the temperature T2 of the condensing surface of the radiator 10 corresponds at all times to the temperature T1 of the liquid in the control chamber 20. When the latter is no longer heated and its temperature begins to decrease by as a result of the heat dissipation in the environment, there is also a decrease in the vapor pressure inside the chamber 20. This allows part of the vapor condensing in the radiator 10 and drained by the heater. tube 13 to return to the control chamber 20.
As the temperature T1 of the liquid in chamber 20 continues to decrease more and more, more and more liquid is withdrawn from the main vaporization system *
Preferably, the control chamber 20 is arranged such that it reaches room temperature after about 15 to 20 minutes. In other words, the cooling time of the chamber 20 preferably corresponds to its heating time; it does good
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temperature control conditions by the thermostat 24.
It is preferable that the response time of the thermostat 24 to variations from the predetermined temperature, is significantly shorter than the time of heating and cooling of the control chamber 20, this results in an appropriate modulation of the temperature of enclosure 25: that is, when thermostat 24 responds rapidly to an increase or decrease in the temperature of enclosure 25, the supply of calories by pilot radiator 22 occurs and ceases at relatively frequent intervals; due to the intermittent heating action and the temporary storage of heat in chamber 20, the temperature of the liquid in this chamber is substantially maintained at an average value which differs only slightly from the desired predetermined temperature.
This results in maintaining the temperature T2 of the radiator 10 at an appropriate average value which corresponds to the desired temperature in the enclosure 25 according to the setting of the thermostat 24.
Fig.2 schematically shows this action of "modulated heating". In this diagram, the temperature T1 of the liquid in the control chamber 20 and the temperature T2 of the surface of the radiator 10 are automatically maintained at the average value indicated by the dotted line AB so as to maintain the temperature T3 of the radiator. air from enclosure 25 to a practically constant value C, when the temperature of the outside ambient air surrounding enclosure 25 is equal to D.
In the event that the temperature of the air surrounding the enclosure 25 (outside air for example) suddenly decreases to a lower value such as E, the temperatures T1 and T2 of the heating system then automatically increase. up to the average value indicated by the dotted line FG.
This variation of the temperatures T1 and T2 takes place quite rapidly, so that practically no appreciable variation of the temperature T3 of the air in the enclosure 25 results,
Thanks to the present invention, it is therefore easily possible to achieve thermostatic control of heat exchange between a source and a radiator with a view to maintaining a certain predetermined temperature practically constant, without the use of valves or other likely mechanisms. contain leaks or other maintenance difficulties.
Thanks to a sensitive device such as the thermostatic switch, we can more easily perform the precise and rapid control of a relatively considerable quantity of heat *
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In the variant of Fig. 3. the radiator 10 'is practically the same as that of Fig.l. The evaporator 30 however consists of a double chamber comprising a heat exchange wall 31 separating the primary vapor chamber 32 from the evaporator 33. The primary vapor is admitted into the chamber 32 and comes from a suitable source. . (not shown) by jingling the inlet pipe 35, the condensed vapor being discharged through the pipe 34.
The most important difference, however, consists of two liquid control chambers 40 and 41. The chamber 40 is connected through the tube 42 to the vessel 13 'of the radiator 10' and it has an internal heat exchange tube 43 'which fills the dual function of condenser and evaporator. The pilot control chamber 41 is connected to the tube 43 by the tube 44 and has a heating element 45. One end of the evaporator tube 46 extends inside the primary vapor chamber @@ and comes slightly above the bottom. of tube 43.
In the variant of Fi.3, two separate vaporization and condensation chambers have therefore been provided, each being emptied or filled with an appropriate quantity of vaporizable liquid. The main heat exchange is effected by the radiator 10 ', as well as by the evaporation chamber 3' and is controlled by the liquid control chamber 40 which communicates with the latter. The auxiliary evaporation system consists of the combined condensing and evaporating tube 43, the evaporator 46 and the pilot chamber 41.
During operation, when the contacts of the thermostat 24 close, the heating element 45 of the pilot chamber 41 is supplied by the secondary of the transformer 23. As soon as there is sufficient vapor pressure in the pilot chamber 41, for Forcing the liquid into the evaporator tube 46, the heat is transferred from the primary vapor chamber 32 to the evaporating and condensing tube 43, via the wetted surface of the tube 46. The vapor condensation provided by this latter surface the tube 43 serves to supply heat to the liquid of the control chamber 40.
As a result, liquid is expelled from the evaporation chamber 40 into the main evaporation chamber 33 to initiate the transfer of heat from the chamber 32 to the radiator 10 ', the operation being the same as that. previously described.
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By virtue of the cascading arrangement of the control chambers of Fig. 3, the quantity of heat to be supplied to the pilot chamber 41 is markedly reduced in proportion to the total heat exchange taking place in the main heating system. evaporation, In this way, the control chambers 40 and 41 serve to increase the overall coefficient of amplification from several hundred to several thousand, since the two amplification factors of the two heat transfer systems are indeed multiplied
In the improved form of Fig. 4, including the application of forced circulation, the present invention is used to regulate the heat exchange between interior pipes 50 to which steam or other heating fluid is constantly supplied,
and the outer tubes 51 which comprise fins 52 intended to dissipate the heat towards the air forced on their surface by the electric blower 53 or by any other suitable means. The tubes 50 and 51 are preferably arranged concentrically and in these conditions such that they are separated by a relatively narrow space. The pipes 50 are connected to suitable manifolds 54 which themselves connect to the steam source. The outer pipes 51 are sealed preferably by soldering or soldering at each end, either directly to the pipes 50, as shown, or to the manifolds. 53 and 54 if desired.
The ends of tubes 50 and 51 are preferably curved as shown in the drawing, to allow some expansion between tube 50 and tube 51 when subjected to different temperatures.
The collectors 54 are covered with a layer of insulating material, in order to avoid any loss of heat, except during the operation of the heat transfer system. The number of radiator elements must be proportioned as appropriate. Although the tubes 50 and 51 have been shown as being vertical in the preferred embodiment of FIG. 4, it will be appreciated that they can be made horizontal or tilted at any angle vulu.
In any event, the construction of the assembly is such that after emptying and filling the annular spaces with a suitable liquid, via the tube 55, the spaces between the tubes 50 and 51 are in communication. 'with each other and connected to the liquid control chamber 57.
As can be seen, a suitable tube 58 serves to interconnect the space between the two concentric tubular sections, while the tube 50, provided with a heating coil 60, serves to connect all the spaces to the chamber.
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liquid control 57.
Preferably, the tube 59 leaves from the chamber 57 and it is wound around one of the collectors 54, as shown, in order to vaporize the liquid coming from the chamber 57 beforehand, before reaching the evaporation spaces. of the radiator elements * The pre-vaporization of the liquid in the coil 60 virtually eliminates any possibility of introducing an excessive quantity of liquid into the radiator which could give rise to sudden overpressures. Such overpreesions can force some liquid back into the control chamber and unstable hydrodynamic conditions can develop. They are virtually eliminated thanks to. coil 60.
To further stabilize the operation of the system, the tube 59 preferably has a plurality of fins 61 which provide for the condensation of the vapor, so that it cannot reach the control chamber 57. If this were to happen, 11 would result. appreciable heat transfer between the main system and the control chamber, and therefore some trouble in operation.
In FIG. 4, there is shown an improvement consisting of a flaring 65 of the supply tube 59, it is preferably located just above the control chamber 57, which allows the accumulation of gases and prevents that 'they are entrained by the liquid towards the chamber 57.
During the operation of the apparatus of the Fi.4, the thermostat 24 controls the supply of the pilot radiator 22 intended for the control chamber 57. The quantity of heat which it supplies serves as before to increase the temperature. liquid in the control chamber 57, which expels the liquid through the tube 59, the coil 60 into the space between the tubes 50 and 51. As this liquid passes through the coil 60, it is always vaporized before arriving in the radiator.
As in the previous figures, the quantity of steam in the radiator is always autimatically proportioned so as to equalize the temperature of the condensing surfaces of the tubes 51 with Belle maintained in the control chamber 57. Therefore when the control of the heating element 22 by the thermostat 24 is such that it maintains at a predetermined value the temperature of the liquid in the control chamber 57, the heat exchange takes place so as to ensure a constant temperature of the air surrounding the thermostats - HE
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When the pilot element 22 ceases to be supplied,
the temperature of the chamber 57 decreases allowing the vapor pressure of the radiator to ensure the return of the vapor through the tube 59 to the chamber 57; but this vapor which has passed through coil 60 is still condensed in tube region 59 where the fins are located.
As shown in Fig.4, the chamber 57 and the parts of the tube 59 provided with fins, are located on the passage of the heated air as it leaves the radiator. Thanks to this device and because of the regenerative action of the heated air passing over the control chamber, the quantity of heat from the heating element 22 required to control the system is minimized. exchange in a wide temperature range. For example, for a certain number of watts consumed in heating element 22, the temperature of chamber 57 normally increases by some amount above room temperature. On the other hand, this temperature increase of the chamber 57 serves to expel the liquid, so as to initiate the heating of the air.
This heating of the ambient air in turn increases the temperature of the control chamber 57. This action is cumulative until a sufficient quantity of liquid is expelled from the control chamber to the radiator. , so as to wet the entire spray surface.
As soon as the pilot radiator 22 ceases to be supplied, in order to reduce the heat transfer, the control chamber 57 cools and the vapor is expelled from the spaces where the heat exchange takes place between the pipes 50. and the finned tubes 51, in the tube 59, This vapor is condensed in the part lined with fins 59 and returns to the control chamber 57. When the heating of the air by the fins 51 decreases, there is also decrease in the temperature of the ambient air which surrounds the control chamber 57, which facilitates the subsequent cooling of the latter. In this way, an inverse cumulative action is established between the chamber 57 and the heating element.
Therefore, by placing the control chamber 57 in the path of the heated air the power of the radiator 22 can be minimized for a given variation in the heating action of the main radiator by forced air convection.
In the refrigeration appliance shown in Fig. 5. a variant of the invention is used intended to take heat from the internal space.
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inside the casing 70 at varying rates, so as to maintain a substantially constant and predetermined temperature inside. The heat-producing apparatus 71 is shown schematically inside the casing 70, and it can take the form of an arc rectifier, for example, or any other heat generator which it is desired to maintain at any predetermined temperature, but not necessarily higher than the temperature of the ambient air which surrounds it. 'envelope 70,
The apparatus of FIG. 5 can therefore be used to take heat from a liquid or any other medium circulating in the casing 70, so as to maintain the liquid at a predetermined constant temperature *
The heat exchange system of Fig. 5 consists of a closed vapor circuit 72 having an evaporator section or coil 73 placed inside the casing 70 and intended to absorb the heat of the vapor. the latter, and a coil 74 disposed outside the casing 70, with a view to dissipating the heat in the ambient air or in any other medium. The vapor circuit is first emptied, then filled with a suitable liquid, in the same way as before * The control chamber 75 is connected, by the tube 76,
to a reservoir 77 for accumulating the condensed liquid placed on the return branch of the circuit between the lower coil 74 and the coil 73.
In this system, the thermostatic switch 24 is placed so as to be sensitive to the temperature of the generating apparatus 71, or of the fluid or of the material contained in the casing 70 The thermostat 24 controls the power supply to the housing. pilot radiator 22 from the secondary of a transformer 23, in the same way as before, but with the difference that the thermostat 24 closes its contacts when the temperature inside the casing 70 exceeds a predetermined value.
During operation, when the temperature inside the casing 70 to which the thermostat 24 is subjected exceeds a certain predetermined value, the thermostat contacts 24 close and supply the heating element 22. This results in an expulsion of the thermostat. liquid from the control chamber to the heat exchange system * The expelled liquid is then vaporized again in coil 73 and condensed in coil 74.
In this way, a certain amount of heat is taken from inside the casing 70 under conditions which depend on the dimensions of the over-
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- wetted face of the evaporator 73; the cooling effect is regulated by the operation of the pilot radiator 75 under the control of the thermostat 24.
When the heat is taken in sufficient quantity from the interior of the casing 70, in order to reduce the temperature to which the thermostat 24 is subjected, the contacts of the latter separate and cut off the supply to the thermostat. heating element 22. This results in a reduction of the vapor pressure in the control chamber 75 which allows the vapor pressure in the transfer system to force the condensed fluid back into the transfer system. the control chamber, and causes a decrease in the active area of the evaporator 73, in the same manner as above.
The heat exchange can thus be adjusted so as to maintain a substantially constant temperature inside the casing 70. ' The variant of Fig. 6 can be used in the case where it is desired to provide heat to maintain a predetermined temperature inside the enclosure within narrow and precise limits. In this device, the temperature inside the enclosure 80 is controlled by means of the heating coil 81 to which heat is transferred from the primary steam enclosure 82. Coil 81 has a relatively large exposed area. Preferably, the entire internal surface of the enclosure 80 is metallic, and the coils 81 are maintained in good thermal contact with it by soldering or soldering.
The ends of the radiator 81 are connected to the evaporator 85 which is in perfect thermal contact with the enclosure 82. The primary steam is supplied from a suitable source, through the pipe 83, and the condensation products are brought back by the tube 84, so as to maintain the supply of the enclosure 82. The reservoir 86 accumulating the condensed vapor is placed on the return tube 87 between the bottom of the coil 81 and the evaporator 85, The tube 88 starts from the bottom of the reservoir 86 to reach the control chamber 89.
To obtain preoise control of the temperature, this chamber 89 is placed inside a housing 90 provided at the top of the insulated chamber 91 which forms the condensing element of an auxiliary heat exchange system receiving. its calories from the evaporator tube 92 of the chamber 82.
The evaporator tube 92 passes through the bottom of the pocket 93 provided
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at the bottom of the condensing chamber 91. An isolated control chamber 95 is connected, through tube 96, with the bottom of the bag 93, and through tube 97 with the part of the bag located above the level of the bag. at the end of the evaporator tube 92. The tubes 96 and 97 are flexible and made of soft copper, so that adjusting screws 98 allow the level of the auxiliary chamber 95 to be adjusted.
The auxiliary heat exchange system comprising the condensing chamber 91, the evaporator tube 92 and the control chamber 95. is suitably emptied and then filled with a liquid such as, if the control chamber 95 is approximately filled. halfway, the remainder of the fluid in the system serves to transfer sufficient heat from the evaporator tube 92 to the control chamber 89, which maintains the temperature of said chamber 89 at substantially the predetermined value which is to be taken. It is desired to remain in the insulated enclosure 80. A control of the temperature of the control chamber 89 is obtained by varying the level of the control chamber 95.
The operation of the apparatus of Fig. 6 is as follows:
As long as the supply of steam to chamber 82 is maintained, the temperature of control chamber 89 will always be maintained at a predetermined constant value regardless of variations in the vicinity, as long as this environment remains below the predetermined temperature.
The vaporization of the liquid in the tube 92 and the condensation of the vapor in the chamber 91 continue automatically at the rate necessary to maintain a predetermined temperature.
The control chamber 89 being maintained at a constant temperature, it follows that the suitable quantity of liquid will be expelled from the chamber 89 towards the main heat exchange system, so as to effect this transfer from the evaporator 85 to the coils 81, at the appropriate rate to maintain the temperature of chamber 80 at the value corresponding to that of control chamber 89.
The improvements of the present invention can be applied to water heaters, such as those shown in Fig.7.
For this purpose, a water tank 115 of sufficient capacity to meet normal needs and comprising an inlet tube 117 connected to a suitable water source, as well as outlet conduits 116 which can be used can be used for this purpose.
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flow the stored hot water, the temperature of this water being predetermined * The contents of the tank 115 are heated by heat exchanges coming from the chamber 118 which is connected, by the pipe 99 and the condensing tube 100, to a boiler or other source of steam.
If desired, a suitable form of condensate tank 101 can be provided to prevent losses of live steam from chamber 118 through return tube 100,
The heat exchange provided by the chamber 118 is effected by a number of tubes 102, each comprising an evaporator part extending into the chamber 118, and a condensing part arriving in the chamber 103 ,, The proportion is suitably proportioned to the maximum. of heat to be supplied, the dimensions and number of the tubes 102, Qn or more of the tubes 102 are provided with a condensation tank 104 connected, by the tube 105, with the control chamber 106 provided with the pilot heating element 107 ,
Tubes 102 and chamber 106 are suitably emptied and then filled with an appropriate amount of vaporizable liquid, in the same manner as before.
In the water heater, the power to the heating element 107 is controlled by the main thermostat 110 (which may be of the sufflet type) having a bulb 110a preferably placed so as to be temperature sensitive. of chamber 103. Bulb 110a can be disposed in main reservoir 115, if desired. A thermostat 111 is connected in series with the main thermostat 110 and it can also be of the bellows type provided with a bulb IIIa sensitive to the temperature of the liquid control chamber 106.
To prevent heat dissipation from the steam chamber 118 and the supply line 99, a suitable coating of insulating material is provided. The water heating chamber 103 is connected to the main water tank. 115 by the tube 112 which starts from the top of the chamber 103, to arrive at the top of the reservoir 115, and by the tube 113 which departs from the bottom of the chamber 103 to arrive at the bottom of the reservoir 115, thus establishing a circulation through thermo-siphon,
During operation, chamber 118 is maintained in connection with a source of live steam, which is done practically without loss, except in the case where the heat exchange system is in operation.
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main thermostat 110 acts when the temperature of the water in chamber 103 deviates from a certain predetermined value,
Thermostat 111 is provided to maintain its contacts closed under normal conditions, and to open them when the temperature of liquid control chamber 106 exceeds a certain predetermined safety value. This latter value of the temperature is preferably provided such that the temperature of the condensing part of the tubes 102 is always kept below the value for which excessive deposition of inorganic salts would occur.
Thus, limiting the temperature prevents all damage resulting from overheating of the pilot element 107 or of the control chamber itself,
For the purpose of providing a hard adjustment, the heating element 107 is preferably of relatively high power compared to the variants of the invention previously described, so as to heat up the liquid control chamber 106 very quickly and to expel the latter liquid quickly enters the heat exchange system.
This is particularly advantageous taking into account the conditions corresponding to large flows of hot water and when the temperature of the water in chamber 103 falls sharply below the desired predetermined value. In this case, the contacts of the main thermostat 110 close, and the high power of pilot radiator 107 causes displacement of almost all of the liquid from chamber 106 to the heat exchange system.
As a result, heat is transferred from chamber 118 to chamber 103 at maximum flow rate, which quickly restores the supply of hot water to tank 115 to the desired predetermined temperature. Under these conditions, when the temperature of chamber 106 reaches the limit value, thermostat 111 opens its contacts to prevent any subsequent heating of the control chamber. Thermostat 111 then closes and opens its contacts, so as to maintain control chamber 106 at the maximum temperature, until the water in chamber 103 has returned to the predetermined temperature for which the main thermostat 110 opens its contacts, thus cutting off the power to the heating element 106.
Under these conditions, the temperature of the control chamber 106 returns to the normal value, and the condensed vapor, accumulated in the reservoir 104, returns to the control chamber 106, causing virtually all heat transfer from the chamber 118 to the chamber to stop. room 103.
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In case of need for hot water in small quantity, the main thermostat 110 is then used to turn off and cut the power to the heating element 107, so as to maintain the temperature of the water in chamber 103 constantly. to the predetermined value, without increasing the temperature of the control chamber 106 Until, reach the value for which the thermostat 110 operates.
The apparatus which is the subject of the invention therefore makes it possible to rapidly vary the rate of heat transfer from chamber 118 to chamber 103, within wide limits, so as to satisfy the conditions generally encountered in water installations. hot * In addition, all the difficulties inherent in steam regulation systems by taps are eliminated.
Another advantage of the invention lies in that the maximum water temperature is always limited to the desired value for which the main thermostat operates, which makes it possible to avoid the dangers of scalding when the water is intended. to a bathtub. In addition, thanks to the main thermostat directly sensitive to the temperature of the hot water chamber, practically all the water in the main tank can be brought to the desired temperature, without stratification or accumulation of water layers at temperature. Excessive temperature at the top of the tank, as usually happens in common hot water appliances.
All those skilled in the art will appreciate that the principle of the invention is subject to many variations, without departing from the spirit of the present patent. For example, the liquid control chamber shown in the preferred embodiments is connected so that the liquid is expelled from the bottom to the main transfer system.This device is generally preferred because it allows to decrease the power absorbed by the 'heating element.
However, in the event that it is not desired to decrease the power of the heating element, the top of the liquid control chamber can be connected to the main heat transfer system so that the liquid contained either previously vaporized entirely by the heat of the heating element, and it is the vapor which is then transferred to the main exchange system * With such a device, when the heating element ceases to be supplied, the vapor contained in the control chamber, the liquid condenses by sucking in an additional quantity of steam.
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-taire from the main system which is then condensed.
This condensation continues until substantially all of the liquid has returned to the liquid control chamber.
Likewise, although a single liquid control chamber has been shown in the preferred form of the invention, it will be appreciated that several can be provided, if desired, in communication with a common reservoir. condensing unit and functioning independently, or at the same time to expel different volumes of liquids in the main transfer system * Thanks to this device, the heat exchange regime of the main system can be graduated, according to the relative volumes of liquid expelled, by operating one or more control chambers In such a device, the temperature of each control chamber preferably reaches its maximum value, so as to avoid the return of condensation products during the operation of the other control chambers. ordered.
It will also be appreciated that various other modifications of the invention can be made. In the device shown in fig.l, one can for example precoir a heating element 27 for the thermostat 24, if desired. This element is arranged in the immediate vicinity of the thermostat 24 and it is connected so as to be supplied when the thermostat closes its contacts. In this way, the heat generated by the element 27 heats the thermostat 24 and causes the opening of its contacts, before the temperature of the enclosure 25 reaches the desired value, which makes it possible to reduce to minimum temperature variations in the enclosure 25.
Although several embodiments of the invention have been shown and described, it is obvious that we do not de-sire to be limited to these particular forms, given simply by way of example and without any restrictive nature and that, consequently, all the variants having the same principle and the same object as the arrangements indicated above, would come within the scope of the invention as they did.