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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.