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:BREVET D' 1 IMPORT AT ION Appareil de chauffage
La présente invention se rapporte à des appareils de chauffage connus de façon générale sous la désignation d' "appareil de'chauffage'en un bloc",du type dans lequel l'air circule dans le dispositif de chauffage sous l'influence d'un ventilateur , de sorte qu'un courant d'air chaud s'échappe , et plus spécialement à un dispositif dans lequel l'élément de chauffe est en forme de spirale et dans lequel la température de l'air qui s'échappe peut 'être réglée entre des limites déterminées; grâce au mélange de colonnes déterminées en proportion d'air chauffé et d'air non chauffé, formant le courant qui s'échappe.
Dans la demande de brevet aux Etats Unis Série N 157.072, déposée le 3 août 1937, on a décrit un appareil de chauffage, dans lequel la température de l'air qui s'échappe est déterminée grâce au réglage de la proportion de colonnes d'air chauffé et d'air non chauffé, qui forment le courant d'air à l'aide d'un ensemble de registres ou de pales travaillant en coordination, disposées près des sections chauffées et des sections non chauffées du dispositif.
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La présente invention se rapporte à la. construction d'un appareil de chauffage dans lequel les pales ou registres coordonnés et associas à des mécanismes de réglage peuvent 'être éliminés, et dans lequel des colonnes concentriques d'air chauffé et d'air non chauffé s'échappent du dispositif, leurs proportions relatives étant déterminées par l'étranglement de l'admission de la v@apeur entrant dans l'élément de chauffage.
La présente invention fournit dans ce but des appareils de ch suffage dans lesquels les grandeurs relatives des colonnes concentriques respectivement d'air chauffé et d'air non chauffé sont réglées directement par l'étranglement de la vapeur dans l'élément de chauffage.
Dans les dispositifs de chauffage connus jusqu'à présent ,qui sont du type à tubes et collecteurs ou à serpentins, la quantité de chaleur, c'est à dire l température de l'air qui s'échappe , peut 'être modifiée en étranglant le volume de vapeur qui y est admis. Mais il est cependant évident que dans ces dispositifs l'étranglement de la vapeur créera un courant d'air comprenant une composante d'air chauffé le long d'une composante d'air non chauffé.
Cela provoquera l'échappement de ces dipositifs de chauffage d'un courant d'air qui n'est pas complètement et in- timement mélangé, parce que le côté chauffé du courant d'air, vu qu'il est plus léger, perd sa vitesse beaucoup plus rapidement que le côté non chauffé, et se séparera du courant avant d'être intimement mélangé à l'air non chauffé de l'autre coté. Le courant d'air s'échappant de ces dispositifs connus jusqu'à présent n'est donc pas uniformément émis dans l'étendue devant 'être chauffée, et les composantes chauffées et non chauffées ne seront pas intimement mélangées lorsqu'elles s'échappent dans l'étendue devant 'être chauffée.
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La présente invention prévoit pour cette raison un dispositif de chauffage du caractère décrit, dans lequel les composantes chauffées et non chauffées du courant d'air se mélangent et dans lequel tout le courant d'air chauffé s'échappe uniformement dans l'étendue devant être chauffée. Ce résultat est obtenu en enveloppant ou recouvrant complètement la ou les colonnes d'air chauffe dans une enveloppe ou cylindre d'air non chauffé plus froid. Grâce à une telle disposition, l'air plus chaud et plus léger est empêché de se séparer du courant d'air qui s'échappe jusqu'à ce qu'il ne soit mélangé avec l'enveloppe adjacente d'air plus froid et lui communique une partie de sa chaleur.
Dans ce but, la présente invention prévoit la disposition dans l'appareil de serpentins tubulaires de chauffage en forme de spirale , obtenus en déployant des spirales, leurs anneaux étant disposés soit en arrangement aplati, conique ou tronconique, la vapeur pénétrant à l'intérieur (centre) de la spirale, l'eau de condensation suivant la spirale vers l'extérieur à. son plus grand diamètre, de sorte que l'étranglement de la pression de vapeur a pour effet de réduire d'abord la température des anneaux extérieurs inférieurs ou des anneaux plus grands d.e la spirale.
Il est bien entendu que le courant d'air produit par le ventilateur,et passant sur les anneaux du serpentin de chauffe refroidira ces derniers, provoquant la condensation de la vapeur qui les traverse. Lorsque la pression dans le serpentin de chauffe est suffisamment élevée, la vapeur traversera tout le serpentin sans y être complètement condensée, fournissant ainsi une surface de chauffe efficace sur toute la longueur de la spirale de chauffe.
Cependant, lorsque la.tapeur est étranglée de la manière habituelle, sa vitesse, sa pression et sa quantité dans le serpentin de chauffe vont diminuer et la vapeur va se condenser complètement en un certain endroit du serpentin avant l'orifice d'échappement pour l'eau de condensation, suivant le degré de l'étranglement.
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Il est évident que seulement la portion du serpentin contenant la vapeur vive ser: suffisamment efficace pour chauffer le courant d'air lorsqu'il passe sur le serpentin, réduisant ainsi 1 surface de chauffe à. la portion centrale du serpentin en spirale et formant une portion non chauffée uniforme qui l'entoure.
En étranglant cette vapeur, la. surface de chauffe efficace du serpentin peut donc être réglée, de sorte que seule une portion du courant d'air passant le long du serpentin sera, chauffée et le courant d'air s'échappera du dispositif en colonnes concentriques , dans lesquelles l'air chauffé est complètement entouré d'une enveloppe d'air non chauffé plus froid.
En étranglant la vapeur de façon appropriée, la surface de chauffe effective du serpentin; et pour cette raison les proportions relatives des colonnes d'air chauffé et non chauffé peuvent 'être réglées au choix, déterminant ainsi la température du courant d'air.
-Les appareils de chauffage du type auquel se rapporte la présente description , connus jusqu'à présent par les gens du métier, non seulement n'ont pas donné ces résultats désirés, mais ont en outre été relativement compliqués et coûteux, parce qu'ils comprenaient 'En ensemble de tubes séparés concentriques, r3ccordés mécaniquement aux collecteurs d'entrée et de sortie de vapeur, exigeant un nombre relativement grand de joints, accouplements et autres raccords.
En prévoyant un serpentin en spirale, on supprime la, nécessité d'un grand nombre de tubes individuels séparés et les complications inhérentes et on obtient en même temps un appareil de chauffage présentant une surface de chauffe disponible relativement grande et produisant un courant d'air chauffé facilement réglable et parfaitement mélangé de température uniforme.
La présente invention a en outre pour but la construction d'un appareil de chauffage relativement simple, facile à assembler et comprenant relativement peu de pièces.
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Le procédé et les principes de fonctionnement des appareils de chauffage faisant l'objet de la.présente invention et leurs nombreux avantages seront plus évidents à l'aide des dessins aymexés erepré sentant plusieurs formes de réalisation pratiques de la présente invention, et dans lesquels:
La figure 1 est une vue en plan d'une forme de réalisation de la présente invention.
La figure, 2 est une vue en coupe verticale de la même forme de réalisation.
La figure 3 est une vue schématique d'un orifice d'échapp pement de l'appareil @représenté par la figure 1, montrant la disposition des colonnes d'air chauffé et non chauffé , constituant le courant d'air qui s'échappe lorsque la vapeur entrant dans le serpentin de chauffage en spirale est en partie étranglée.
La figure 4 est une vue analogue du courant d'air à un endroit éloigné de l'orifice d'échappement.
La figure 5 est une vue en élévation du serpentin de chauffage de l'appareil représenté par les figures 1 et 2.
La figure 6 est une vue en élévation d'une forme de réalisation modifiée de la présente invention , le caisson étant vu en couper
La figure 7 est une vue schématique d'un orifice d'échappement de l'appareil représenté par la figure 6 et montrant la disposition des colonnes d'air chauffé et non chauffé constituant le courant d'air qui s'échappe lorsque la vapeur entrant dans le serpentin de chauffage est partiellement étranglée.
La figurer 8 est une vue analogue du courant d'air à un endroit éloigné de ltorifice d'échappement.
La figure 9 est une vue en élévation d'une autre fonne de réalisation modifiée de la présente invention, le caisson étant vu en coupe.
Dans la forme de réalisation pratique de la présente invention représentée par les figures 1, 2 et 3, deux tubes de chauffe
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en spirale ou serpentine 10 sont disposés dans un caisson 12.
Le nombre, la forme et les dimensions des serpentins représentés . @ sont donnés -uniquement à titre d'exemple,puisqu'il est évident qu'un seul serpentin en spirale est nécessaire pour mettre en oeuvre la présente invention et que d'autre part on peut en uti- liser tout nombre désiré. Le caisson 12 peut avoir toute forme conventionnelle et peut 'être en toute matière appropriée ,mais est de préférence cylindrique pour se conformer à l'orifice de sortie généralement circulaire du serpentin de chauffe. Pour faci- liter l'admission de l'air avec une résistance minimum à l'écoule- ment, le caisson peut 'être muni d'un orifice d'admission évasé 14.
-Le caisson peut 'être renforcé près de son bord supérieur d'uns cornière ou d'un anneau 16 disposé extérieurement, qui peut aussi servir à recevoir les boulons 18 pour maintenir l'appareil en place , par exemple en l'attachant au plafond ,au mur ou sur le sol d'une pièce de façon ordinaire.
Un autre organe de renforcement semblable 20 peut 'être prévu sur le caisson , à son bord inférieur , près de son orifice d'échappement, qui peut aussi servir, si on le désire pour l'attachement au caisson de l'orifice d'échappement tournant déerit dans le brevet américain ? 2.000.112, ou, si on le désire, pour la fixation de l'orifice d'échappement st ationnaire ordinaire.
Pour faire circuler l'air devant 'être chauffé dans le caisson, on a prévu dans l'orifice d'alnission du cais- son , ou bien, si on le désire, clans l'orifice d'échappement, un ventilateur 22 actionné par un moteur. De préférence un tel ventilateur est monté directement sur l'arbre 24 d'un moteur 26.
Le moteur 26 est disposé dans un organe en couronne 28 et est ainsi protégé contre des détériorations qui peuvent résulter de l'exposition à l'air chauffé, provenant du dispositif de chauf- fage. Le moteur peut 'être monté dans le caisson à l'aide de
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bras 30, qui. par une extrémité sont en engagement avec l'organe en couronne 28 , et traversant des ouvertures 32 dans le bord évasé du caisson, sont fixés par boulons à la cornière 16 , ou bien sont fixés de -toute,autre manière bien connue des gens du métier.
Pour raccorder le dispositif de chauffage à un système de chauffage à la vapeur, le caisson 12 peut 'être muni à son extrémité supérieure de l'ouverture 34, que traverse un tuyau d'admission de vapeur 36 qui est introduit dans le caisson pour 'être raccordé au serpentin ou aux serpentins de chauffe 10. Une autre ouverture 35 peut 'être prévue à l'extrémité inférieure du caisson pour contenir le tuyau d'écoulement de l'eau de condensation 38 , raccordé à l'ori- fice d'échappement du serpentin.
Il est aussi préférable de disposer les dites ouver- tures d'admission et de sortie sur des portions diamétralement oppo- sées des caissons, les tuyaux d'admission de la vapeur et d'écoulement de l'eau de condensation servant de préférence à supporter ou aidant à supporter le camsson de l'appareil de chauffage en position suspendue.
Le ou les serpentins 10, peuvent 'être raccordés par leurs extrémités respectives entre le tuyau d'admission de vapeur 36 et le tuyau d'écoulement de l'eau de condensation 38 de toute façon désirée. Une de ces manières de raccordement est représentée et .comprend un collecteur de vapeur 40 raccordé au tuyau d'admission de la vapeur et muni d.'un nombre approprié d'ouvertures 42 en un endroit situé'en dessous du tuyau d'admission de la vapeur pour recevoir et supporter les extrémités d'admission supérieures,les plus étroites des serpentins respectifs 10.
Un autre collecteur d'eau de condensation 44 est raccordé au tuyau de sortie de l'eau de condensation et présente également le nombre nécessaire d'ouvertures 46, à un endroit situé au-dessus du tuyau d'écoulement de l'eau de condensation pour recevoir et supporter les extrémités d'échappement inférieures des serpentins de chauffage 10.
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Tout nombre de serpentins en spirale à partir d'un seul peut 'être prévu dans les dispositifs de chauffage suivant la présente invention , suivant la capacité de chauffage désirée, et les dessins représentent l'emploi de deux serpentins de chauffage uniquement à titre d'exemple.
Il est évident que puisque chaque tube en spirale constitue un dispositif de chauffage complet, il exigera seulement un raccordement à chacun des collecteurs, et on obtient ainsi une construction relativement économique en comparaison avec les dispositifs de chauffage connus jusqu'à. présent.
Pour régler la pression et le volume de la vapeur pénétrant dans les dispositifs de chauffage, une soupape d'étran- glement ou de réglage 50 est prévue dans le tuyau, d'admission 38 de la vapeur.
En dehors de l'obligation d'avoir une forme en spirale les serpentins de chauffage 10 peuvent avoir toute forme, dimensions et aspect désirés. De préférence cependant, afin de présenter effectivement la surface de chauffe à l'air qui circule le long des serpentins de chauffage, les spirales sont disposées dé façon à ce que leurs anneaux soient proches les uns des autres en @ direction axiale et à ce qu'ilssotent légèrement espacés les uns des autres en direction radiale, comme le montre clairement la figure 5.
Dans la forme de réalisation de la présente invention représentée par les figures 1,2 et 3, le dispositif de chauffage est représenté avec deux serpentins de chauffe 10 , chacun compor- tant,à titre d'exemple uniquement, quatre anneaux désignés @, b,o et d , et disposés coniquement ,l'anneau le plus étroit a étant raccordé au collecteur de vapeur 40 et l'anneau le plus large d étant raccordé a.u collecteur destiné au retour de l'eau de condensation 42.
Il est évident que lorsque dans le dispositif des figures 1,2 et 5 l'étranglement 50 est réglé de façon à laisser passer la vapeur, la vapeur traversera les caissons en courants
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parallèles, chacun passant à travers un dispositif de chauffe en spirale, et que l'air traversant le caisson lorsqu' il vient en contact avec les tubes contenant la vapeur est chauffé grâce à ces tubes.
Il est aussi évident que le courant à grande vitesse d'air froid non chauffé,traversant le caisson sous l'influence du ventilateur le long des serpentins de chauffera refroidir ces serpentins relativement rapidement ,et que, à moins qu'un volume suffisant de vapeur ne 'traverse les serpentins de chauffe, la vapeur sera condensée et sa capacité de chauffe sera perdue sensiblement avant qu'elle n'atteigne le collecteur d'eau de condensation.
Par conséquent, seule la portion du serpentin de chauffe, située en avant du point de condensation,contiendra de la vapeur vive non condensée et sera effective pour chauffer l'air, et la partie contenant le liquide condensé refroidi sera relativement inefficace pour chauffer le courant d'air passant rapidement.
. Il sera maintenant aussi évident qu'en disposant les serpentins de chauffe suivant une spirale qui s'élargit, de préférence conique, il y a moyen, en réglant la pression de la vapeur qui pénètre dans tout serpentin de chauffage à tubes en spirale, de déterminer la grandeur de la portion centrale de la spirale, qui contiendra de la vapeur vive et chauffera effectivement l'air qui passe le long de cetteportion, et par conséquent de déterminer et de régler la grandeur relative de la portion du courant d'air -traversant le caisson qui sera chauffé.
Evidemment l'autre partie , la partie extérieure du courant d'air traversant le caisson le long de la partie extérieure de la spirale, sera relativement peu chauffée, et on obtient ainsi deux colonnes d'air concentriques, réglables quant à l'épaisseur et à leurs températures respectives,qui s'échappent du dispositif de chauffage, comme la figure 3 des dessins le représente schématiquement.
Il est évident que le courant d'air chauffé sera "renfermé" dans l'enveloppe d'air plus froid qui l'entoure, de sorte
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que , après un court déplacement, la colonne d'air chauffé communiquera à. l'enveloppe d'air plus froid dont elleest entcu- rée, une partie de sa chaleur, pour obtenir une température sensiblement uniforme, supérieure à celle de l'air froid et inférieure à celle de l'air chauffé, qui v, régner dans le courant d'air entier, et cela à une courte distance de l'orifice d'échappement du dispositif de chauffage.
A titre d'exemple spécifique, la soupa.pe d'étranglement 50 peut 'être réglée de façon à admettre de la vapeur sous une pression telle, qu'avec une vitesse déterminée du ventilateur, la vapeur sera condensée après avoir quitté les deux spirales supérieures, les plus étroites, et b, de chaque serpentin de chauffe. Il est évident que seul l'air passant directement à l'intérieur et le long des sprirales a et b sers;, chauffé,et que l'air entourant les spirales à et d va, constituer une colonne concentrique enveloppante d'air non chauffé. Puisque seule une portion relativement faible du courant d'air est chauffée, la température finale du courant d'air , aprèsque les colonnesd'air chauffées et non chauffées aient été mélangées, sera relativement basse.
Si l'on désire maintenant augmenter la température du courant d'aire il est seulement nécessaire de régler la soupape d'étranglement pour augmenter la, pression de la. vapeur qui pénètre dans les tubes en spirale.Puisque la vitesse et le volume de l'air traversant le caisson sont constants, l'effet de l'augmentation de la pression de vapeur sera un retard à sa condensation qui n'aura lieu qu'après avoit' passé des spirales supplémentaires du dispositif de chauffage,si on le désire, augmentant ainsi la proportion de la colonne d'air qui est chauffée, avec, comme conséquence,une augmentation de la température finale du courant d'air mélangé qui s'échappe.
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Dans les figures 6 et 9 on a représenté des appareils de chauffage dans lesquels plusieures colonnes alternantes réglables d'air chauffé et d'air non chauffé peuvent 'être produites au lieu des deux seules colonnes obtenues à l'aide du dispositif des figures 1,2 et.5.
Ainsi, dans le dispositif de la figure 6, on a disposé dans le caisson 12 ,en parallèle, plusieurs tubes de chauffe 52 en spirale, semblables aux deux qui ont été représentés à titre d'exemple, l'anneau le plus large de chaque spirale étant plus étroit que l'anneau le plus étroit du tube de chauffe en spirale adjacent, de sorte que tous les dispositifs de chauffe sont disposés en forme de cône, chaque serpentin de chauffe individuel formant une portion tronquée d'un tel cône.
De préférence, les extrémités d'admission plus étroies tes de chacun des serpentins de chauffe sont raccordées directement au tuyau d'admission de la vapeur 36 à l'aide de raccords 54, les extrémités d'échappement plus larges des serpentins étant raccordées à un collecteur 56, raccordé lui-même au tuyau d'écou- lement 38 de l'eau de condensation, le serpentin de chauffe supérieur.étant raccordé au collecteur 56, à un point inférieur à celui du raccordement au collecteur du serpentin inférieur.
Il est évident que la vapeur peut 'être étranglée , de sorte qu'elle est admise à une pression tellement réduite, qu'elle est refroidie et condensée lorsqu'elle atteint les enroulements gh et mndes tubes en spirale respectifs. L'air passant le long des enroulements ef et kl sera chauffé, et l'air passant le long des enroulements gh et mn ne sera pas chauffé. Le courant d'air traversant le caisson consistera pour cette raison en colonnes intérieures et extérieures alternantes,- d'air chanffé et d'air non chauffé , comme le représenteschématiquement la figure 7.
A l'aide de cette disposition, un mélange plus complet et plus intime des colonnes d'air dans le courant d'air qui s'échappe est obtenu, de la même manière que lorsque l'nn utilise un dispositif de
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chauffage à une seule spirale.
-Le même résultat de colonnes d'air alternantes d'air chauffé et non chauffe peut 'être obtenu à, l'aide de la forme de réalisation pratique représentée par la figure 9, dans laquelle deux dispositifs de chauffage en spirale et coniques 60 sont raccordes au tuyau d'admission de la vapeur 36 et d'écoulement de l'eau de condensation 38,et disposés de façon symétrique, les portions correspondantes des dispositif.'; de chauffage étant voisines et l'anneau le plus large du serpentin supérieur étant plus étroit que l'anneau le plus large du serpentin inférieur.
A titre d'exemple les anneaux étroits o et v des spirales supérieure et inférieure respectivement, sont représentés dirigés en sens opposés, et les anneaux les plus larges, respectivement r et s, sont placés l'un côté de l'autre.
Il est évident que la vapeur peut 'être réglée de fa- çon à 'être admise sous pression réduite dans les collecteurs, de sorte à chauffer seulement l'anneau le plus étroit o de la spirale supérieure et l'anneau le plus large s de la spirale inférieure, et ne chauffant donc pas les trois anneaux les plus larges de la spirale supérieure et les trois anneaux les plus étroits de la spirale inférieure. Puisque l'anneau chauffé s est plus large que l'anneau non chauffé r, il y aura production de deux colonnes d'air concentriques chauffées, séparées par une colonne d'air concentrique interposée, et la grandeur des colonnes d'air chauffées et non chauffées respectives peut 'âtre réglée de façon semblable dans le but de déterminer la température moyenne du courant d'air résultant du mélange des colonnes d'air.
Il est aussi évident qu'en augmentant le nombre de serpentins de chauffage un ensemble de colonnes d'air relativement minces, se mélangeant facilement, concentriques, alternativement chauffées et non chauffées, peuvent constituer le courant d'air. quoique la colonne d'air extérieure du courant d'air qui traverse la dispositif de chauffage de la figure 9 soit chauffée,
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il est aussi possible de l'entourer d'une colonne d'air non chauf- fée en augmentant le diamètre du caisson pour éloigner ses parois de l'anneau le plus large s pour permettre à une couche d'air de passer entre eux.
Pour une description supplémentaire du fonctionnement de dispositifs de chauffage suivant la présente invention, on peut se référer aux figures 3 et 4 et 7 et 8.
La figure 3 représentela disposition relative des parties composantes du courant d'air lorsqu'il s'échappe après avoir passé le long des serpentins de chauffage d'un dispositif tel qu'il' a été représenté par les figures 1, 2 et 5, et qui consiste en colonnes concentriques cylindriques d'air non chauffé, séparées d'une colonne d'air, chauffé. La colonne d'air centrale n'est pas chauffée, puisqu'elle traverse l'ouverture de l'anneau a du serpentin , où elle ne vient pas en contact avec une surface chauffée.
Il est bien entendu que la grandeur de la colonne d'air centrale dépend du diamètre de l'anneau, qui devrait être, dans les circonstances normales, le plus petit possible.
L'air passant le long de et immédiatement sur les anneaux a et b du serpentin, qui contiennent de la va.peur, est ainsi chauffé pour former la colonne d'air chaud.
Puisque seulement de l'eau dé condensation et non de la vapeur vive traverse les anneaux c et d, l'air circulant le long de ceux-ci n'est pas chauffé, formant autour de la colonne d'air chaud une enveloppe d'air froid.
La figure 4 représente la disposition relative des colonnes d'air résult.ant de la tendance de l'air chauffé de perdre sa vitesse après s'être éloigné d'une certaine distance des serpentins de chauffe. L'air chauffé est repris par la colonne enveloppante plus rapide d'air non chauffé et s'y mélange pour former un courant d'air uniformément chauffé de température déterminée qui est comprise entre les températures des colonnes d'air chauffé et d'air non chauffé , suivant leurs épaisseurs relatives.
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La figure 7 représente la disposition relative des parties constituantes du courant d'air lorsqu'il s'échappe après avoir passe le long des serpentins de chauffe d'un dispositif tel qu'il a été représenté par la figure 6, et ce courant consiste en un ensemblede colonies alternantes cylindriques et concentriques d'air ch'-uffé et d'air non chauffé.Dans ce courant d'air, comme dans celui de la figure 3, la colonne d'air centrale traversant l'anneau e du serpentin, n'est pas chauffée non plus.
L'air passant le long de et directement sur les anneaux e et f, contenant de la vapeur du serpentin de chauffe supérieur,est ainsi chauffé pour former une colonne d'air chaud.
L'air passant le long de et sur les anneaux g et h du serpentin de chauffe supérieur, qui contiennent de l'eau de condensation, ne sera pas chauffé et va, former une colonne d'air non chauffé entourant cettecolonne d'air chauffé.
De même, l'air passant le long de et sur les an- neaux k,l du serpentin de chauffe inférieur, qui contiennent de la vapeur, va. former une colonne d'air chaufféetpuisque les anneaux! et 1 sont plus larges que les anneaux g et h, la colonne d'air chauffé produite par les anneaux k et 1 va envelopper la colonne d 'air non chauffé résultant des anneaux g et h.
Enfin, l'air passant le long des anneaux m et n du serpentin, qui sont les plus larges et qui contiennent de l'eau de condensation, he sera pas chauffé et va former une colonne d'air non chauffé enveloppant toutes les autres colonnes d'air chauffé et non chauffé.
La figure.:8 représente l'effet des colonnes d'air alternantes chauffées et non chauffées sur le courant d'air à une certaine distance de l'appareil de chauffage, et l'on voit que les colonnes respectives sont complètement mélengées et mélées pour former un courant d'air ayant une température qui est comprise entre les températures des colonnes d'air qui le constituent
Il est bien entendu que l'étrangleur ou la soupape peut 'être réglé à la main ou thermostatiquement
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sans ce dernier cas l'étrangleur peut 'être commandé par un thermostat approprié, du type ordinaire connu des gens du métier, et qui, pour cette raison, ne doit être ni décrit, ni représenté.
Un tel thermostat peut 'être dispose dans le courant d'air s'échappant de l'appareil de chauffage où dans la pièce ou l'enceinte dans laquelle se trouve l'appareil, suivant la tempéréture sur laquelle on désire régler l'appareil.
IL'étrangleur ou soupape déterminant la circulation de la vapeur sera, dans ce cas, commandé par le thermostat de toute fa- çon appropriée, tel qu'un moteur électrique, un moteur à vapeur du type à soufflets ou un moteur à air. Ces dispositifs destinés à cet usage sont bien connus et ne doivent donc pas 'être décrits ni représentés, puisque la connaissance de leur construction détaillée n'est pas nécessaire à la compréhension de l'invention.
Quoique dans les formes de réalisation représentées, données à titre d'exemple, on montre la vapeur qui se déplace en direc t ion uniforme dans tous les serpentins de chauffe de chaque appareil 1!invention n'y est pas limitée et des différent serpentins de @@ chauffede chaque appareil peuvent .être raccordés de façon telle que la vapeur.se déplace en directions opposées dans les différents serpentins.
Il est bien entendu que le fluide chauffant ne doit pas 'être de la vapeur, mais peut 'être de l'eau, de l'huile ou tout aute fluide approprié, permettant d'obtenir les effets nouveaux décrits et. revendiqués.
Quoique l'on ait représenté et décrit certaines formes de réalisation spécifiques de la présente invention , il est bien entendu que celles-ci sont données uniquement à titre d'exemple, et ne limitent pas la présente invention, puisque d'autres formes de réalisation, basées sur le principe et renfermées dans le cadre de la présente invention,peuvent 'être imaginées par les gens du métier.
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: PATENT OF 1 IMPORT AT ION Heating device
The present invention relates to heaters known generally under the designation of "one-piece" heater ", of the type in which air is circulated in the heater under the influence of a heater. fan, so that a stream of hot air escapes, and more especially to a device in which the heating element is spiral-shaped and in which the temperature of the escaping air can be regulated between specified limits; thanks to the mixture of columns determined in proportion of heated air and unheated air, forming the escaping current.
In U.S. Patent Application Series No. 157,072, filed August 3, 1937, a heater is disclosed in which the temperature of the escaping air is determined by adjusting the proportion of columns of heated air and unheated air, which form the air stream with the help of a set of registers or co-ordinating blades, arranged near the heated and unheated sections of the device.
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The present invention relates to the. construction of a heating apparatus in which the blades or registers coordinated and associated with adjustment mechanisms can be eliminated, and in which concentric columns of heated and unheated air escape from the device, their proportions relative values being determined by the throttle of the inlet of the vapor entering the heating element.
The present invention provides for this purpose heating apparatus in which the relative sizes of the concentric columns of heated air and unheated air, respectively, are controlled directly by the throttling of the steam in the heating element.
In the heating devices known hitherto, which are of the tube and manifold or coil type, the quantity of heat, that is to say the temperature of the air which escapes, can be modified by throttling the volume of steam admitted therein. But it is however evident that in these devices the vapor throttling will create an air stream comprising a component of heated air alongside a component of unheated air.
This will cause these heating devices to escape an air stream which is not completely and intimately mixed, because the heated side of the air stream, being lighter, loses its function. speed much faster than the unheated side, and will separate from the stream before being intimately mixed with the unheated air on the other side. The air stream escaping from these heretofore known devices is therefore not uniformly emitted over the area to be heated, and the heated and unheated components will not be intimately mixed as they escape. in the area to be heated.
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The present invention therefore provides a heater of the character described, in which the heated and unheated components of the air stream mix and in which all of the heated air stream evenly escapes to the extent to be. heated. This is achieved by enveloping or completely covering the column (s) of heated air in a jacket or cylinder of colder unheated air. With such an arrangement, the warmer and lighter air is prevented from separating from the escaping air stream until it is mixed with the adjacent envelope of cooler air and it communicates some of its warmth.
For this purpose, the present invention provides for the arrangement in the apparatus of tubular heating coils in the form of a spiral, obtained by deploying spirals, their rings being arranged either in a flattened, conical or frustoconical arrangement, the steam penetrating inside. (center) of the spiral, the condensation water following the spiral outward to. its larger diameter, so that the constriction of the vapor pressure has the effect of first reducing the temperature of the lower outer rings or of the larger rings of the spiral.
It is understood that the current of air produced by the fan, and passing over the rings of the heating coil, will cool the latter, causing condensation of the vapor which passes through them. When the pressure in the heating coil is high enough, the steam will pass through the entire coil without being completely condensed there, providing an efficient heating surface along the length of the heating coil.
However, when the vapor is throttled in the usual way, its speed, pressure and quantity in the heating coil will decrease and the vapor will condense completely at a certain point on the coil before the exhaust port for the heater. condensation water, depending on the degree of constriction.
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Obviously, only the portion of the coil containing the live steam will be effective enough to heat the air stream as it passes over the coil, thus reducing 1 heating surface to. the central portion of the coil spiraling and forming a uniform unheated portion which surrounds it.
By strangling this vapor, the. The effective heating surface of the coil can therefore be adjusted so that only a portion of the air stream passing along the coil will be heated and the air stream will escape from the device in concentric columns, in which the air heated is completely surrounded by an envelope of colder unheated air.
By appropriately throttling the steam, the effective heating area of the coil; and for this reason the relative proportions of the columns of heated and unheated air can be adjusted as desired, thereby determining the temperature of the air stream.
The heaters of the type to which the present description relates, known until now by those skilled in the art, not only did not give these desired results, but were also relatively complicated and expensive, because they consisted of a set of separate concentric tubes, mechanically connected to the steam inlet and outlet manifolds, requiring a relatively large number of joints, couplings and other fittings.
By providing a spiral coil, the need for a large number of separate individual tubes and the inherent complications are eliminated and at the same time a heater is obtained having a relatively large available heating surface and producing an air stream. heated easily adjustable and perfectly mixed uniform temperature.
A further object of the present invention is the construction of a relatively simple heating apparatus, easy to assemble and comprising relatively few parts.
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The method and principles of operation of the heaters forming the object of the present invention and their many advantages will be more evident with the aid of the accompanying drawings showing several practical embodiments of the present invention, and in which:
Fig. 1 is a plan view of one embodiment of the present invention.
Figure, 2 is a vertical sectional view of the same embodiment.
FIG. 3 is a schematic view of an exhaust port of the apparatus represented by FIG. 1, showing the arrangement of the columns of heated and unheated air, constituting the current of air which escapes when the vapor entering the spiral heating coil is partially constricted.
Figure 4 is a similar view of the air stream at a location remote from the exhaust port.
Figure 5 is an elevational view of the heating coil of the apparatus shown in Figures 1 and 2.
Figure 6 is an elevational view of a modified embodiment of the present invention, the box being seen in section.
Figure 7 is a schematic view of an exhaust port of the apparatus shown in Figure 6 and showing the arrangement of the columns of heated and unheated air constituting the air stream which escapes when the steam entering in the heating coil is partially throttled.
Figure 8 is a similar view of the air stream at a location remote from the exhaust port.
Figure 9 is an elevational view of another modified embodiment of the present invention, the box being viewed in section.
In the practical embodiment of the present invention shown in Figures 1, 2 and 3, two heating tubes
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spiral or serpentine 10 are arranged in a box 12.
The number, shape and dimensions of the coils represented. These are given by way of example only, since it is obvious that only one spiral coil is necessary to practice the present invention and that on the other hand any desired number can be used. The casing 12 may have any conventional shape and may be of any suitable material, but is preferably cylindrical to conform to the generally circular outlet of the heating coil. To facilitate the intake of air with minimum flow resistance, the casing may be provided with a flared intake port 14.
-The box can be reinforced near its upper edge with an angle or a ring 16 disposed externally, which can also be used to receive the bolts 18 to hold the device in place, for example by attaching it to the ceiling , on the wall or on the floor of a room in an ordinary way.
Another similar reinforcing member 20 may be provided on the casing at its lower edge near its exhaust port, which may also serve, if desired for attachment to the exhaust port casing. turning point in the US patent? 2,000,112, or, if desired, for the attachment of the ordinary stationary exhaust port.
In order to circulate the air to be heated in the box, there is provided in the intake port of the box, or alternatively, if desired, in the exhaust port, a fan 22 operated by. a motor. Preferably, such a fan is mounted directly on the shaft 24 of a motor 26.
The motor 26 is arranged in a crown member 28 and is thus protected against damage which may result from exposure to the heated air, coming from the heater. The motor can be mounted in the box using
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arm 30, which. by one end are in engagement with the crown member 28, and passing through openings 32 in the flared edge of the box, are fixed by bolts to the angle bar 16, or else are fixed -all, another way well known to people of job.
To connect the heater to a steam heating system, the casing 12 can be provided at its upper end with the opening 34, through which a steam inlet pipe 36 which is introduced into the casing passes through. be connected to the heating coil or coils 10. Another opening 35 may be provided at the lower end of the casing to contain the condensate drain pipe 38, which is connected to the outlet port. coil exhaust.
It is also preferable to arrange the said inlet and outlet openings on diametrically opposed portions of the boxes, the steam inlet pipes and the condensation water flow pipes preferably serving to support. or helping to support the heater camsson in hanging position.
The coil (s) 10, may be connected at their respective ends between the steam inlet pipe 36 and the condensate water discharge pipe 38 in any way desired. One such way of connection is shown and comprises a steam manifold 40 connected to the steam inlet pipe and provided with an appropriate number of openings 42 at a location below the steam inlet pipe. steam to receive and support the upper, narrower inlet ends of the respective coils 10.
Another condensate water collector 44 is connected to the condensate water outlet pipe and also has the necessary number of openings 46, at a location above the condensate water drain pipe. to receive and support the lower exhaust ends of the heating coils 10.
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Any number of spiral coils from one can be provided in heaters according to the present invention, depending on the heating capacity desired, and the drawings show the use of two heater coils only as a convenience. example.
It is obvious that since each spiral tube constitutes a complete heater, it will only require one connection to each of the manifolds, and thus a relatively economical construction is obtained in comparison with the heaters known heretofore. present.
To control the pressure and volume of the steam entering the heaters, a throttle or control valve 50 is provided in the steam inlet pipe 38.
Apart from the requirement to have a spiral shape, the heating coils 10 can have any desired shape, size and appearance. Preferably, however, in order to effectively present the heating surface to the air flowing along the heating coils, the coils are arranged so that their rings are close to each other in the axial direction and that 'They are slightly spaced from each other in a radial direction, as clearly shown in Figure 5.
In the embodiment of the present invention shown in Figures 1, 2 and 3, the heater is shown with two heating coils 10, each having, by way of example only, four rings designated @, b. , o and d, and arranged conically, the narrower ring a being connected to the vapor collector 40 and the wider ring d being connected to the collector intended for the return of the condensation water 42.
It is obvious that when in the device of Figures 1, 2 and 5 the throttle 50 is set so as to allow the steam to pass, the steam will flow through the boxes
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parallel, each passing through a spiral heater, and that the air passing through the box when it comes into contact with the tubes containing the vapor is heated by these tubes.
It is also evident that the high speed flow of unheated cold air passing through the casing under the influence of the fan along the heating coils will cool these coils relatively quickly, and that, unless a sufficient volume of steam does not pass through the heating coils, the vapor will be condensed and its heating capacity will be lost noticeably before it reaches the condensate collector.
Therefore, only the portion of the heating coil, located in front of the dew point, will contain live non-condensing vapor and be effective in heating the air, and the portion containing the cooled condensed liquid will be relatively ineffective in heating the stream. of air passing rapidly.
. It will now also be evident that by arranging the heating coils in a widening spiral, preferably conical, there is a way, by adjusting the pressure of the vapor entering any spiral tube heating coil, to determine the size of the central portion of the spiral, which will contain live vapor and effectively heat the air passing along this portion, and therefore determine and adjust the relative size of the portion of the air stream - passing through the box which will be heated.
Obviously the other part, the outer part of the air stream passing through the box along the outer part of the spiral, will be relatively little heated, and we thus obtain two concentric air columns, adjustable as to the thickness and at their respective temperatures, which escape from the heater, as Figure 3 of the drawings shows schematically.
Obviously, the heated air stream will be "enclosed" in the envelope of colder air which surrounds it, so
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that after a short displacement, the heated air column will communicate to. the envelope of colder air from which it is entangled, part of its heat, to obtain a substantially uniform temperature, higher than that of cold air and lower than that of heated air, which prevails in the entire air stream, and this at a short distance from the exhaust port of the heater.
As a specific example, the throttle valve 50 can be adjusted so as to admit steam under a pressure such that with a determined fan speed the steam will be condensed after leaving the two spirals. upper, narrowest, and b, of each heating coil. It is evident that only the air passing directly inside and along the sprirals a and b serves ;, heated, and that the air surrounding the spirals at and d will, constitute an enveloping concentric column of unheated air . Since only a relatively small portion of the air stream is heated, the final temperature of the air stream, after the heated and unheated air columns have been mixed, will be relatively low.
If it is now desired to increase the temperature of the air stream it is only necessary to adjust the throttle valve to increase the pressure of the. vapor entering the spiral tubes. Since the speed and volume of the air passing through the chamber are constant, the effect of the increase in vapor pressure will be a delay in its condensation which will only take place after having passed additional spirals of the heater, if desired, thereby increasing the proportion of the air column that is heated, with, as a consequence, an increase in the final temperature of the mixed air stream which s 'escapes.
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In Figures 6 and 9 are shown heating devices in which several adjustable alternating columns of heated air and unheated air can 'be produced instead of the only two columns obtained using the device of Figures 1, 2 and 5.
Thus, in the device of FIG. 6, there are arranged in the box 12, in parallel, several heating tubes 52 in a spiral, similar to the two which have been shown by way of example, the widest ring of each spiral being narrower than the narrower ring of the adjacent spiral heating tube, so that all heaters are arranged in a cone shape, each individual heating coil forming a truncated portion of such a cone.
Preferably, the narrower inlet ends of each of the heating coils are connected directly to the steam inlet pipe 36 by means of fittings 54, the wider exhaust ends of the coils being connected to a pipe. manifold 56, itself connected to the condensate drain pipe 38, the upper heating coil being connected to the manifold 56, at a point lower than that of the connection to the manifold of the lower coil.
It is obvious that the vapor can be throttled so that it is admitted at such a reduced pressure that it is cooled and condensed when it reaches the respective coils and spiral tubes. The air passing along the windings ef and kl will be heated, and the air passing along the windings gh and mn will not be heated. The air flow passing through the box will therefore consist of alternating internal and external columns, - heated air and unheated air, as shown schematically in figure 7.
By means of this arrangement, a more complete and more intimate mixing of the air columns in the escaping air stream is obtained, in the same way as when the nn uses a device of
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single spiral heating.
The same result of alternating air columns of heated and unheated air can be obtained with the aid of the practical embodiment shown in Fig. 9, in which two spiral and conical heaters 60 are connected to the steam inlet 36 and condensed water flow pipe 38, and symmetrically arranged, the corresponding portions of the device. '; heater being adjacent and the larger ring of the upper coil being narrower than the larger ring of the lower coil.
By way of example, the narrow rings o and v of the upper and lower spirals respectively are shown directed in opposite directions, and the wider rings, respectively r and s, are placed one next to the other.
It is evident that the steam can 'be regulated so as to' be admitted under reduced pressure into the manifolds, so as to heat only the narrowest ring o of the upper spiral and the wider ring s of the lower spiral, and therefore not heating the three wider rings of the upper spiral and the three narrowest rings of the lower spiral. Since the heated ring s is larger than the unheated ring r, there will be production of two heated concentric air columns, separated by an interposed concentric air column, and the size of the heated air columns and respective unheated hearths can be similarly adjusted for the purpose of determining the average temperature of the air stream resulting from the mixing of the air columns.
It is also evident that by increasing the number of heating coils a set of relatively thin, easily mixing, concentric, alternately heated and unheated air columns can constitute the air stream. although the external air column of the air stream passing through the heater of Figure 9 is heated,
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it is also possible to surround it with an unheated air column by increasing the diameter of the box to move its walls away from the larger ring s to allow a layer of air to pass between them.
For a further description of the operation of heaters according to the present invention, reference may be made to Figures 3 and 4 and 7 and 8.
Figure 3 shows the relative arrangement of the component parts of the air stream when it escapes after passing along the heating coils of a device such as has been shown in Figures 1, 2 and 5, and which consists of concentric cylindrical columns of unheated air, separated from a column of heated, air. The central air column is not heated, since it passes through the opening of the a-ring of the coil, where it does not come into contact with a heated surface.
Of course, the size of the central air column depends on the diameter of the ring, which should be, under normal circumstances, as small as possible.
The air passing along and immediately over the a and b rings of the coil, which contain vapor, is thus heated to form the hot air column.
Since only condensed water and not live steam passes through the c and d rings, the air flowing along them is not heated, forming around the hot air column an envelope of cold air.
Figure 4 shows the relative arrangement of the air columns resulting from the tendency of the heated air to lose speed after moving a certain distance away from the heating coils. The heated air is taken up by the enveloping column of faster unheated air and mixes there to form a stream of uniformly heated air of a determined temperature which is between the temperatures of the columns of heated air and air. unheated, according to their relative thicknesses.
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Figure 7 shows the relative arrangement of the constituent parts of the air stream when it escapes after having passed along the heating coils of a device such as has been shown in Figure 6, and this stream consists in a set of alternating cylindrical and concentric colonies of heated air and unheated air In this air current, as in that of figure 3, the central column of air passing through the ring e of the coil , is not heated either.
The air passing along and directly over the e and f rings, containing vapor from the upper heating coil, is thus heated to form a column of hot air.
The air passing along and over the g and h rings of the upper heating coil, which contain condensed water, will not be heated and will, form a column of unheated air surrounding this column of heated air. .
Likewise, the air passing along and over the k, l rings of the lower heating coil, which contain steam, goes. form a column of heated air and since the rings! and 1 are wider than the g and h rings, the heated air column produced by the k and 1 rings will wrap around the unheated air column resulting from the g and h rings.
Finally, the air passing along the m and n rings of the coil, which are the largest and which contain condensation water, will not be heated and will form a column of unheated air enveloping all the other columns. of heated and unheated air.
Figure.:8 shows the effect of the heated and unheated alternating air columns on the air flow at a certain distance from the heater, and it is seen that the respective columns are completely mixed and mixed to form an air stream having a temperature which is between the temperatures of the air columns which constitute it
It is understood that the choke or the valve can be adjusted by hand or thermostatically.
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without the latter case the throttle can be controlled by a suitable thermostat, of the ordinary type known to those skilled in the art, and which, for this reason, need not be described or shown.
Such a thermostat can 'be placed in the air stream escaping from the heater or in the room or enclosure in which the device is located, depending on the temperature to which it is desired to adjust the device.
The throttle or valve determining the flow of steam will, in this case, be controlled by the thermostat in any suitable manner, such as an electric motor, a bellows type steam engine or an air motor. These devices for this use are well known and therefore need not be described or shown, since knowledge of their detailed construction is not necessary for an understanding of the invention.
Although in the illustrated embodiments, given by way of example, the vapor is shown which moves in a uniform direction in all the heating coils of each apparatus 1! The invention is not limited thereto and different heating coils. The heater of each appliance can be connected in such a way that the steam moves in opposite directions in the different coils.
It is understood that the heating fluid should not 'be steam, but can be water, oil or any other suitable fluid, making it possible to obtain the novel effects described and. claimed.
Although certain specific embodiments of the present invention have been shown and described, it is understood that these are given by way of example only, and do not limit the present invention, since other embodiments , based on the principle and included within the scope of the present invention, can be imagined by those skilled in the art.