<Desc/Clms Page number 1>
11 Appareil thermo-réducteur "
Dans presque toutes les applications où la vapeur d' eau est employée comme source thermique, on utilise exclusive- ment la chaleur de transformation de la dite vapeur.
Dans ces applications, on utilise une série de tuyaux (radiateurs) parcourus par la vapeur et se terminant par une soupape (déchargeurs de condensation) dont la fonction est de décharger le liquide condensé au fur et à mesure qu'il se for- me à l'intérieur de la tuyauterie, tout en empêchant la sortie de la vapeur d'eau tant qu'elle reste à l'état gazeux.
On sait que, jusqu'à ce jour, il n'existait pas de dé- chargeur de condensation fonctionnant d'une manière sûres car ceux-ci déchargeaient aussi de la vapeur d'eau en même temps que le liquide condenséeIl s'ensuivait que le rendement de ces machines thermiques, déjà fort limité du fait qu'on ne
<Desc/Clms Page number 2>
profite que d'une partie de la chaleur contenue dans la vapeur, était réduit pratiquement à un coefficient très bas.
Le problème de la suppression de toute perte de vapeur et de l'utilisation maximum de la chaleur contenue dans la vapeur d'eau en utilisant aussi, en grande partie, la chaleur contenue dans le liquide, est résolu par la présente invention.
Le moyen général sur lequel est fondée l'invention est le suivant: si, avec un appareil quelconque, on arrête l' é- coulement du liquide condensé, tant qu'il n'a pas atteint une température déterminée ou jusqu'à ce que le dit arrêt n'ait pas provoqué une variation de la température d'utilisation de la machine, on profite non seulement de toute la chaleur de trans- formation (vapeur-eau), mais aussi d'une partie de la chaleur contenue dans le liquide condensé lui-même.
Une soupape quelconque, placée à la décharge du liquide condensé, aux lieu et place d'un déchargeur ordinaire, accou- plée avec un thermomètre, résoud théoriquement le problème. Le problème peut être résolu, par exemple, en appliquantune sou- pape thermostatique au lieu du déchargeur de liquide condensé, soupape commandée par un thermostat placé soit un peu en avant de la dite soupape, sur le conduit de condensation, de manière qu'il puisse être réglé par la température de cette dernière, soit en un point de la machine où il puisse être réglé par la température requise pour la machine elle-même.
Les difficultés pratiques que présente la première application d'un thermomètre et d'un robinet à main sont évi- dentes. Par contre, les difficultés de la deuxième solution pa- raissent moins évidentes; cependant, si l'on songe que n'impor- te quelle soupape thermostatique met un temps relativement long pour s'ouvrir ou se fermer, on constate que cette solution non plus ne donne pas de garanties pratiques suffisantes de bon fonctionnement. En effet, pendant le temps que la soupape met
<Desc/Clms Page number 3>
à se fermer (lorsqu'elle est sollicitée par le thermostat), une bonne partie du liquide condensé sort à une température supé- rieure à celle prédéterminée et, dans bien des cas,
la vitesse de sortie du liquide condensé (surtout aux hautes pressions) est si grande que, non seulement il peut sortir du liquide con- densé à température élevée, mais même de la vapeur. On peut placer, en aval de la soupape thermostatique,un déchargeur de condensation, ce qui empêcherait la sortie éventuelle de vapeur; mais, outre que, de la sorte , on perdrait une grande partie de la chaleur contenue dans l'eau de condensation, le fonctionnement peu sûr des déchargeurs de condensation, dont il a été parlé plus haut, ne garantirait même pas contre les pertes éventuelles de vapeur.
Au lieu de placer le déchargeur de condensation en aval de la soupape thermostatique, on peut disposer un régula- teur d'écoulement, par exemple un robinet à valve, réglable à la main.
@
Le rôle de ce régulateur d'écoulement serait de retar- der la vitesse de sortie du liquide condensé du conduit lui- même, de façon que la soupape thermostatique ait le temps de se fermer avant la sortie de la totalité du liquide condensé, voire même avant la sortie du liquide condensé à haute tempéra- ture. Le réglage,de cette soupape devrait être effectué de temps à autre pour chaque machine et aussi, dans une même ma- chine, suivant l'usage de celle-ci. Pareil système garantirait contre la perte de vapeur et permettrait, dans certaines limi- tes, d'utiliser la chaleur contenue dans l'eau de condensation.
Si, à la place du robinet dont on a parlé ci-dessus, on utilise une soupape à réglage automatique, c'est-à-dire qui se règle d'elle-même pour n'importe quelle machine et, pour la même machine, pour n'importe quel travail, le problème est pra- tiquement résolu.. Une soupape thermique, cest-à-dire une soupa-
<Desc/Clms Page number 4>
pe fermant plus ou moins un orifice selon la température à la- quelle elle est soumise et fondée, par exemple, sur la dilata- tion des métaux ou sur la dilatation des gaz, voire même d'un liquide, peut convenir parce qu'elle peut agir plus rapidement.
Une telle soupape, en pratique, offre l'inconvénient de ne pas être d'application générale, parce qu'elle doit être tarée pour chaque pression de fonctionnement et parce que cette soupape ne fonctionne pas aussi bien si la machine est soumise à des pressions variables et aussi parce que, dans la plupart, des industries, il est difficile qu'une machine fonc- tionne toujours à une pression constante.
C'est pourquoi le demandeur a étudié une soupape ther- mique pouvant être, en quelque sorte, indépendante des dites variations de pression et qui fonctionne également bien, quelle que soit la pression de la vapeur à laquelle la machine est soumise à un moment déterminée
C'est pourquoi aussi le demandeur a eu l'idée de faire dépendre le fonctionnement de cette soupape, non pas de la pres- sion de fonctionnement, mais de la différence des pressions de la vapeur initiale et du liquide condensé final.
Il suffit de penser à un cylindre coulissant le long d'une tuyauterie percée d'un trou dans lequel (voir Fig. 1) est inséré le tube de décharge finale de la condensation. Selon la position du dit cylindre, le trou pourra être, soit fermé, soit ouvert, soit entr'ouvert (voir Fig. 1, , 3).
Le dit cylindre est soumis, d'un côté de la tuyauterie, à la pression du liquide condensé, et, de l'autre côté, à la pression de la vapeur.
En d'autres termes, les deux branches de la tuyauterie communiquent respectivement, l'une avec la condensation, l'au- tre avec la vapeur. Dans ces conditions initiales, le cylindre ferme le trou. Si, par un moyen quelconque, on ferme, dans la
<Desc/Clms Page number 5>
tuyauterie, l'entrée de la vapeur, il en résulte une plus forte pression du coté de la condensation et, par suite, le cylindre se déplacera le long de la dite tuyauterie en laissant ouvert le trou, ce qui permettra la sortie du liquide condensé.
Si, au lieu de fermer complètement la vapeur, on en laisse passer une partie de manière qu'elle arrive à pression réduite, il pourra y avoir un point oùla pression de la vapeur équilibrera la pression de la condensation et, par suite, le cylindre restera à une pression intermédiaire et l'orifice sera entr'ouvert.
De cette façon, le problème est ramené à l'ouverture et à la fermeture d'un robinet de vapeur dans un tuyau d'une sec- tion quelconque par le fait que la pression de la vapeur sera équilibrée par la contre-pression du liquide condensé et que, en outre, par des moyens simples (il suffit d'un simple étran- glement sur le tuyau de vapeur), on pourra rendre aussi petite qu'on le désire cette différence et que, par conséquent, les forces nécessaires pour déplacer le cylindre le long de la tuyau- terie seront minimes,
Sur la Fig. 1, le cylindre 1, soumis à la pression de la vapeur venant de la tuyauterie 2, est arrêté par la butée 4 dans la tuyauterie de condensation 5 et ferme le trou 3.
Sur la Fig. 2, le cylindre 1, lorsque la pression de la vapeur manque dans la tuyauterie 2, est poussé par la pression du liquide condensé jusqu'à la butée 7 placée sur la tuyauterie 2, en laissant ouvert l'orifice qui fait communiquer le canal 5 avec le canal 6, permettant ainsi au liquide condensé de s' écouler.
Sur la Fig. 3, la pression de la vapeur étant diminuée dans le canal 2, le liquide condensé du canal 5 a poussé le cylindre 1 dans une position telle qu'une partie de l'orifice 3 soit ouverte et permette ainsi, à une partie du liquide con- densé, de sortir du canal 5 dans la tuyauterie 6.
<Desc/Clms Page number 6>
Un autre système pratique pour résoudre le problème peut consister à réduire la vitesse de sortie du liquide con- densé, de manière que, dans le temps nécessaire à ce liquide condensé pour s'écouler,. le dispositif thermostatique ait la possibilité d'agir.
Pour simplifier, par exemple, quand on applique le thermostat sur une machine, un laps de temps relativement long s'écoule entre le moment où, la température minimum étant atteinte, il provoque la sortie du liquide condensé et celui où, la température maximum étant atteinte, il produit la ferme- ture de la condensation; cela a lieu même si les ouvertures maximum et minimum coïncident, parce que, en principe, il n' existe pas de bons thermomètres suffisamment rapides. D'autre part,, la vitesse de débit du liquide condensé, surtout s'il est soumis à une haute pression, pourrait être telle qu'elle permette la sortie, à ce moment, du liquide condensé, à haute température, voire même de la vapeur.
En pratique, cet incon- vénient n'est pas écarté dans la plupart des cas, même si le thermomètre est appliqué au liquide condensé, en raison de la rapidité insuffisante et du temps exigé par la partie mécani- quepour agir.
Un simple étranglement pratiqué en aval de la condensa- tion ne suffit pas, parce qu'il présente l'inconvénient de faire dépendre le courant d'écoulement de la pression de fonc- tionnement. Il faut, par conséquent, que cet étranglement soit fonction de la vitesse d'écoulement, c'est-à-dire qu'il soit tel que, si le débit du liquide condensé est fort, l'étrangle- ment soit plus grand et que, lorsque la vitesse d'écoulement du liquide condensé est moindre, il soit plus petit.
C'est pourquoi le demandeur a conçu un appareil repré- senté sur les figures 4, 5, 6, dans lequel la vitesse d'écoule- ment du liquide condensé est réglée automatiquement par la con-
<Desc/Clms Page number 7>
tre-pression produite et directement proportionnais à cette vitesse d'écoulement.
En effet, dans l'appareil représenté sur les figures
4, 5, 6, le liquide condensé, lorsqu'il est sollicité vers la sortie, s'écoule par la tuyauterie 1, surmonte la résistance opposée par le ressort 5 de la soupape 2 (simple cylindre cou- lissant) et, par la tuyauterie 3, se partage entre la tuyau- terie 4 et la tuyauterie 6. Le liquide condensé de la tuyau- terie 6, en pressant sur le cylindre 2, tend à fermer l'ou- verture de l'orifice plus ou moins, selon que la vitesse d'é- coulement est plus ou moins grande. Il s'ensuit que,. dans la tuyauterie 4, la vitesse d'écoulement restera à peu près cons- tante, quelle que soit la pression à laquelle est soumise le liquide condensé.
Sur les figures 4, 5, 6, on a indiqué les positions fermé, ouvert et entr'ouvert- la figure 4 montre la position initiale, lorsque le liquide condensé ne sort pas, le ressort réglable 5 tenant l'orifice fermée la Fig. 5 montre la posi- tion ouverte et la Fig. 6, la position entr'ouverte.
Un autre mode de réglage est indiqué sur la Fig. 7, dans lequel le liquide condensé de la tuyauterie 1 se partage dans les tuyauteries 3 et 6, la première communiquant avec la tuyauterie 4 de décnarge et la seconde, par un robinet 5, avec un cylindre de réglage 2.
Sur la fige 8, est indiqué un autre mode de réalisa- tion, dans lequel on a remplacé le piston par une membrane élastique.
Le liquide condensé qui devrait sortir de la tuyaute- rie 1 pour passer dans la tuyauterie 2 de décharge est arrêté par la membrane élastique 4, qui est comprimée par la vapeur provenant de la tuyauterie 3, contre la surface 5.
En arrêtant l'arrivée de la vapeur au moyen de la
<Desc/Clms Page number 8>
soupape 6, la membrane élastique 4 est sollicitée par la pres- sion du liquide condensé et -vient, par suite, occuper la posi- tion représentée sur la fig. 9, position dans laquelle elle fait communiquer les tuyauteries 1 et 2 de liquide condensé, ce qui permet la décharge de ce dernier.