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Monsieur LCRPHELIN Jean La présente invention a pour objet un balancier-moteur
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dont le basculement est actionne par la chcirur et qui peut tre utilisé, entre autres applications, pour réaliser : 1 ) une commande à distance (manoeuvre d'un aiguillage de chemin de fer, ouverture ou fermeture de porte ou de vanne par exemple) -
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) une commande automatique par lu o]l.f,10ur (actionnant sous une différence de température donnée, l'ouverture ou la 'er:'1C - ture de portes ou de vannes. par exemple).
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3 ) une aide à une manoeuvre courante (par emmagasinage d'une force. terdant à soulager l'effort manuel nécessaire pour ef- fectuer la manoeuvre et pouvant être libérée lors de l'exécution de cette dernière.).
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4 ) un mouvement d' 0::: cillation permanent de faible fréquence (utilisable pour actionner une' pompe par exemple ou pour toute autre application nécessitant l'emploi d'un mouvement alternatif lent) Le balancier-moteur thermique selon l'invention est caracté- risé par les points principaux suivants qui peuvent exister séparément ou en combinaison :
a) Il est constitua par un bras oscillent autour d'un axe médian et portant symétriquement deux récipients clos identiques, par- tiellement remplis d'un liquide volatil ou satura d'un gaz aux tempe- ratures et pression ordinaires, lesdits récipients communiquant par l'intermédiaire d'un tube symétrique débouchât au voisinage du fond de chacun d'eux, tandis que deux butées symétriques limitent le mou- vement d'oscillation dans l'un et l'autre sens, de façon à amener alternativement chacun des récipients en contact avec un source de chaleur appropriée.
On conçoit que le chauffage de l'un des réservoirs fait naî-
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tre dans ce dernier une pression qui s'exrc sur le plar. liquide et provoque, par le tube de jonction, le passejo d',an; partie du liquide dans l'autre réservoir. Il se produit <:-1n8i un déséquilibre: qui en- traîne le basculement et am3ne le second réservoir en contact avec la source de chaleur correspondante.
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b) Le bras riunissfnt les deux récipients est constitué par le tube de jonction lui-séné, ce qui a pour effet de simplifier la construction de l'appareil.
c) Le réservoir comporte un cloisonnement interne calori- fugé partant du fond et s'étendant jusqu'au-dessus du niveau du liquide, dans la position de chauffe, sans toucher le plafond, de fa- çon isoler une colonne de liquide, qui communique avec la masse par un tube en U calorifuge, situé en dessous du fond et sur lequel est inséré un serpentin destiné venir en contact avec la source de cha-
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leur, tsndis que le tube de jonction débouche à l'extérieur dudit cloisonnement.
On réalise ainsi une importante économie de chaleur car le liquide envoya dans le réservoir le plus haut est froid et non chaud. d) Sur chacun des réservoirs est prévue une prise constituée par un robinet forint soupape de retour et destinée à permettre l'in- troduction du solvant dans l'un des récipients, puis celle du liquide
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var risGÛ3.e dans l'autre récipient, la vaporisation provoquant l'en- traînement dans le premier récipient de l'air et d'une façon générale des gaz inertes et le barbotage du mélange gazeux dans le solvant où se dissolvent les vapeurs du liquide volatil, tandis que les gaz iner-
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tes sont évacués par le robinet situ;:
' , la partie supérieure du premier récipient. e) Sur une tige confondue avec l'axe de symétrie du balan-
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cier-ziteur est montée coulissante une masse dont l'éloionement par report 1 l'axe d'oscillation permet de faire varier à volonté la quantité de liquide qui doit passer dans le récipient supérieur pour provoquer le basculement.
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fi Des coquilles cal es entourant le ou les récipients permettent d'agir sur la durée de la chauffe ou du refroidissement. g) Une casse montée coulissante sur une tige située en dehors -de l'axe de symétrie du balancier-moteur permet l' obtention d'un mouvement dissymétrique de période déterminée.
L'invention comporte en outre d'autres caractéristiques qui ressortent tant de la description qui va suivre que du dessin annedans lequel : la Fig. 1 est une vue schématique'représentant un balancier-
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moteur thermique conforme a l'invention, et la Fi. 2 est une vue similaire montrant un mode de réa- listion perfectionné-de l'invention.
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Le balancier-moteur theraique représenté schématiquement à la Fis. 1 se uo-i2zse de deux réservoirs clos identiques R.Eg, par- tiellement remplis d'un liquide L volatil ou saturé d'un gaz à temp6- rature et pression normales. En particulier le liquide pourra être constitué par une solution d'ammoniac dans l'eau, dont le dosage sera assez faible pour que 1'ensemble possède à la pression atmosphérique une température de l'ordre de 15 C. on sera ainsi assuré,d'une part, que la Pression '-- l' intérieur des réservoirs ne sera jamais excessive et, d'autre part, que l'appareil ne se trouvera jamais en dépression.
Ces deux réservoirs communiquent par un tube t dont les
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deux extrémités débouchent faible distance du fond de-chaoun d'eux de 2nière toujours rester immergées en position de chauffe.
L'ensemble est monté oscillant par l'intermédiaire d'une
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arzéfure appropriée autour d'un axe transversal médian a de telle sorte que l'ensemble, dans la position horizontale, soit en équilibre instable. Deux butées El, B limitent le basculement dans chaque
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sens et maintiennent respectivement chacun leur tour les réser- voirs R1 ou R2 sur les sources de chaleur S1 ou S.
Lorsque le réservoir R2 (F'ig. 1) se trouve en contact avec la source de chaleur S2 le niveau du liquide dans chacun des réservoirs coïncide avec les plans I. Des que la température s'élève dans le réservoir R2, la pression au-dessus du plan d'eau croit, ce qui a pour effet de refouler une partie du liquide par le tube t dans le réservoir R1, Lorsque ce dernier atteint par exemple le plan II dans chacun des réservoirs, le moment du réservoir R1 et de son contenu l'emporte sur celui du réservoir R2 et l'ensemble bascule vers la droite. Il est arrêté par la butée Bl qui maintient le réservoir R1 'en contact avec la source de chaleur S1 Le même processus s'accomplit en sens inverse, entraînant le basculement vers la gauche. Et ainsi de suite.
On conçoit qu'il soit possible soit d'utiliser une sour- ce de chaleur unique qui soit déplacée automatiquement de façon à venir se placer au moment du basculement en dessous du réservoir le plus bas, soit deux sources de chaleur de positions fixes, dont l'une pourra etre interrompue automatiquement au moment où le réservoir correspondant se soulèvera. Le réglage de la périodi- cité, qui est fonction du mode d'emploi du balancier-moteur, s'ef- fectuera en agissant sur la puissance de la source chauffante et sur la vitesse de refroidissement du réservoir non chauffé.
L'appareil qui vient d'être décrit sous sa forme sché- matique la plus simple, présente l'inconvénient de nécessiter une dépense d'énergie calorifique relativement importante car on envoie dans le réservoir supérieur un liquide pris tout près de la source de chaleur, donc relativement chauffé et qui entraîne par conséquent, en surface du liquide arrivé dans le réservoir supérieur, une tension de vapeur génératrice de pression s'oppo- sant au mouvement du liquide. L'invention prévoit un mode de réalisation permettant de remédier à cet inconvénient et qui est représenté schématiquement à la Fig. 2.
Dans chacun des réservoirs R1, R2 est ménagé un cloisonnement C1, c2 convenablement calorifugé et s'étendant depuis le fond du réservoir jusqu'à une hauteur suffisante pour dépasser le plan d'eau supérieur 1..Ainsi se trouve isolée du reste de la masse liquide une colonne de liquide qui est reliée à cette dernière par un tube en U b1, b2 calorifuge en d , d2 et comportant un serpentin sl, s2 sur lequel agit la source de chaleur S1, S2 La position des serpentins s1, s2 par rapport aux réservoirs Rl, R2 est d'ailleurs variable. C est ainsi qu'il est possible de les disposer en s'1, s'2 dans une position telle que chacun d'eux vienne se placer alternativement à l'aplomb de l'axe de rotation a où se trouve placée une source unique de chaleur 3.
La source de chaleur ne produit donc l'élévation de tem- pérature que sur la faible masse liquide contenue à 1'intérieur du cloisonnement. La partie calorifugée du tube en U se trouve ainsi protégée contre l'action de la source de chaleur et le tube de jonction qui plonge dans la masse non chauffée n'envoie dans le réservoir supérieur que du liquide froid.
Au moment du basculement, la faible masse de liquide chaud encore contenue dans le tube central coule dans la masse et subit un brassage, de sorte que la faible élévation de température de l'ensemble peut être facilement compensée par la perte de cha- leur par radiation.
DISPOSITIF DE CHARGEMENT.
Il est indispensable pour le bon -fonctionnement de
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l'appareil, que ce dernier ne contienne pas de gaz inerte, air par exemple; or 1'opération de vidage, au point de vue industriel, est souvent difficile et coûteuse. Une disposition particulière de l'invention remettra de s'affranchir de cette nécessité.
Chacun des récipients R1 R comporte (Fig. 2) une prise P1 P2 constituée par un robinet fondant également soupape de retour.
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Le principe du remplissage consiste simplement après avoir introduit le liquide solvant dans l'un des récipients a in-. troduire le liquide vaporisable dans le second et à laisser l'air s'en aller par la prise du premier récipient.
D'une façon plus précise, et pour les appareils remplis par une solution ammoniacale, on agira ainsi :
Dans le réservoir R2, on introduit par la prise P2 de l'eau contenant en dissolution un sel anti-corrosif, puis ce réservoir est plongé dans de l'eau de refroidissement, la soupape de retour interdisant une nouvelle introduction de liquide. Par la prise Pl, on introduit dans R1 de l'ammoniac liquide. Celui-ci se mettra a bouillir, entraînera avec lui l'air intérieur et les gaz retenus en surface par la tôle, puis, à l'état de gaz, barbo- tera dans l'eau contenue dans R2 et s'y dissoudra mais en laissant conter à la surface l'air ou en.général les gaz inertes qui l'ac-
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cO;::1pa;naient.
On vérifiera que le dégagement gazeux sortant par P2 sortira sous forme de bulles, puis au bout d'un' certain temps se dissoudra au contact de l'eau. L'appareil sera alors complètement débarrassé de tous les gaz inertes qu'il contenait.
Par la suite et dans le cas toujours possible où un incident quelconque aurait causé une corrosion des réservoirs avec dégagement de gaz non solubles, on pourra effectuer la même opération de purge pour rendre à l'appareil ses qualités premières.
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t:.G ;.- 11 peut y avoir intérêt avec un même balancier à obtenir le basculement ,flua ou moins tôt Four cela on se servira d'une :tasse de réglage M formant contrepoids d'instabilité coulissant le long d'une tige F.
Plus cette masse sera éloignée de l'axe a, plus grande devra être la quantité de liquide ayant passé dans le réservoir supérieur pour produire le basculement.
Il sera également possible de disposer une ou plusieurs coquilles calorifugées, enveloppant les réservoirs, liées a eux ou au contraire fixes, de façon . ralentir ou à accélérer la chauffe ou le refroidissement dans l'une ou l'autre des positions.
Si on a besoin d'un mouvement qui ne soit pas symétrique ni dans la force, ni dans le temps, on pourra calorifuger les réservoirs d'une façon différente, en même temps d'ailleurs qu'on désaxera le contrepoids M en y ajoutant, par exemple, une masse additionnelle M' située en dehors de l'axe de symétrie de l'appareil.
On conçoit que le balancier thermique qui vient d'être décrit puisse comporter de nombreuses applications dont certaines
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ont été énuciérées ci-dessus.
@ Dans le cas d'une commande à distance, le fait qu'on puisse disposer brusquement d'une force très importante après que cette force a été accumulée par exemple par le chauffage électrique
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fourni par un courant relativement faible, permet de remplacer avantageusement un servo moteur très compliqué et nécessitant parfois une puissance d'alimentation considérable.
Il est à reconnaître que pour ce enre d'application, le dispositif, tel qu'il est actuellement fiur, serait insuffisant.
En effet, on n'est jamais sûr d'avance du momert où se produira le basculement; celui-ci est dépendant des circonstances extérieures et notamment et plus particulièrement de la température,
Pour pallier 1 cet inconvénient, le remède est -fort simple.
La forme sera emmagasinée, c'est-à-dire que le réservoir supérieur se remplira longtemps d'avance et le basculement, c'est-à-dire la mise en action de la force mise en réserve, ne sera déclenché quepar un petit relai.
Ce dernier sera actionné soit par une ligne électrique spéciale, soit par une saute ou une irrégularité du courant principal.
A Dans tous les cas, un contacteur situé sur le levier lui- meme enverra toujours le courant sur la bougie chauffante du réservoir situé le plus bas.
Dans le cas d'une commande automatique par la chaleur, on pourra en particulier utiliser l'appareil pour inverser les sens des courants gazeux dans les récupérateurs de gazogènes indus- triels ou de hauts fourneaux. On sait en effet que les gaz brûlés, sortant à très haute température d'un gazogène ou d'un haut fourneau, traversent des colonnes de récupération avant d'être par la suite utilisés et y laissent la quasi totalité de leur chaleur spécifique.
Par la suite, c'est par ce récupérateur qu'on fera pas- ser l'air destiné à alimenter le gazogène ou le haut fourneau, de façon à amener cet air, lui aussi, à très haute température.
L'opération d'inversion des courants qui se fait au moyen de vannes est en général faite à la main.
Le balancier-moteur pourra, dans le cas qui nous occupe, être-au contraire particulièrement bien utilisé puisqu'il fau- dra justement faire l'inversion des courants, c'est-à-dire la ma- noeuvre d'ouverture et de fermeture, au moment où les gaz chauds venantdes récupérateurs dépasseront une température qui prou- vera justement que ces récupérateurs sont déjà très chauds. On disposera chaque réservoir sur le passage des gaz sortant ou sortant et entrant de ou dans chaque batterie de récupérateurs.
A ce moment là, automatiquement le basculement s'effec- tuera et au bon moment.
Par extension, en général, le dispositif selon l'inven- tion pourra servir pour toute commande d'appareil dont une modifi- cation de température ou une modification de différence de deux températures doit produire un mouvement quel qu'il soit (par exem- ple et sans que cette liste soit limitative, basculement général ou partiel, ouverture ou fermeture de vanne, de robinet, d'interrupteur d'électricité, etc..).
On peut également se servir de l'appareil pour l'ouvertu- re de volets d'aération ou d'insolation, suivant la température extérieure.
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Un des deux réservoirs se trouvera dans l'enceinte dont on doit assurer la chaleur ou le froid, et l'autre réservoir se trouvera à l'extérieur.
Les volets d'aération ou d'insolation seront ouverts ou fermas suivant qu'on désirera que la chaleur puisse entrer et ne pas sortir ou sortir et ne pas entrer.
On pourra également se servir de l'appareil, comme ferme- ture de porte en cas d'incendie ou d'sustentation exagérée de la température notaient pour la fermeture de rideaux coupe-feu ou le maniement d'un appareil quelconque de sécurité qui demandent un certain effort pour entrer en action.
Lorsque le balancier-moteur selon l'invention sera uti- lisa pour soulager l'effort nécessaire pour accomplir une manoeuvre déterminée, il sera également préférable de disposer d'un enclen- chement qui ne libérera la force disponible qu' au moment oppor- tun. parmi les cas d'utilisation possibles, il est permis de citer : l'ouverture et la fermeture d'une porte ou d'un volet et le fonctionnement d'un Monte-charge.
Dans un autre ordre d'idées, le balancier-moteur ther- :nique selon l'invention pourra etre utilise comme remonteur automa- tique d'une pendule, le déclenchement concordant avec l'arrivée à fin de course de l'un des poids ou du ressort moteur.
Enfin si l'on dispose d'une source de chaleur quelcon- que et notaient, par exemple, de la chaleur solaire, on pourra disposer les réservoirs de telle façon que celui qui est en bas soit toujours chauffé par la chaleur solaire, tandis que celui qui est en haut soit au contraire refroidi par un courant d'air ou par l'eau venant d'un alcarazas, cet alcarazas étant d'ailleurs amorcé au désamorcé suivant la position de basculement de l'appareil, on aure ainsi disponible une force relative .importante qui pourra servir à faire le pompage par exemple d'un liquide; ou toute autre application analogue.
Enfin l'appareil selon l'invention pourra également être utilisé co.e moteur lent fonctionnement continu et donnera lieu, ce titre, '- de nombreuses applications.