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NOUVEAU PROCEDE DE REFROIDISSEMENT DE TUBES ELECTRONIQUES.
La présente invention concerne un nouveau procédé de refroidisse- ment, plus particulièrement destiné aux tubes électroniques pour émetteurs ra- dioélectriques, redresseurs, ou générateurs de courants à haute fréquence à usages industriels
On sait que les tubes électroniques mettant en jeu de grosses puis- sances doivent être refroidis par des moyens artificiels, le rayonnement et les courants de convection du milieu fluide ambiant étant insuffisants pour éviter un échauffement exagéré.On utilise à cette fin deux modes de refroidis- sement L'un consiste à disposer autour du tube électronique, et parti- culièrement des anodes., une chemise d'eau dans laquelle on maintient une cir- culation très rapide d'un fluide liquide,
en vue d'éviter la formation de va- peur et la naissance du phénomène de caléfaction, à juste titre redoutés, puis- que ils entraînent le plus souvent la destruction du tube., par perforation de la paroi anodiqueoEtant donnée la faible élévation de la température du flui- de réfrigérant, tolérable pour des raisons de sécurité, il est nécessaire d' en utiliser un volume important et celui-ci doit être distillé, pour éviter, la formation .de sédiments, sur les parois à refroidirLe volume de liquide,., en général d'eau, dont on doit assurer le débit exige des canalisations de sec- tion importante,
posant de délicats problèmes de réalisation du fait de la né- cessité d'isoler l'anode par rapport au solo Cette condition est remplie par rallongement du trajet d'ean, au moyen de tubulures isolantes en forme de ser- pentins ce qui crée des pertes de charges importantes et oblige à utiliser des pompes de circulation de puissance 'élevée. D'autre part., des asservissements doivent être prévus pour éviter que les tubes restent sous tension lorsque la circulation si/arrête. ou même se ralentit.
- 121 autre méthode dont le développement a pris de l'ampleur au cours des deux dernières décades, consiste à assurer le-refroidissement par circulation forcée d'air, à grande vitesse, que 1'on fait passer à travers des
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ailettes assujetties à 1?anode et aux sorties d'électrodes à refroidir., Ce procédé est applicable aux tubes dont la puissance dissipée est actuellement limitée à une quarantaine de kilowatts au plus. Il est difficile d'assurer un fonctionnement raisonnablement silencieux; la capacité entre anode et terre étant très notablement accru, la limite des fréquences élevées que l'on peut amplifier au moyen de certains montages,se trouve notablement abaissée.
Ces suggestions font que ce mode de refroidissement, s'il a des avantages incontestables sur le précédent, présente encore des difficultés d' emploi et est limité à des puissances relativement peu élevées.
L'on a également proposé d'utiliser au refroidissement des anodes 1?absorption très importante de chaleur qui accompagne la vaporisation et de condenser la vapeur de façon que le circuit de refroidissement soit fermé et que le niveau du liquide reste constant autour des anodes. Ce procédé n'a jusqu'à présent donné lieu à aucune réalisation industrielle.
Le procédé objet de la présente invention présente de nombreux a- vantageso - La vaporisation d9eau absorbant environ 600 kilocalories par ki- logramme d'eau, le débit d'eau se trouve réduit à environ un litre/minute pour 40 kilowatts dissipéso Il suit de la que la tuyauterie d'adduction d'eau peut être d'un faible diamètre;, ce qui permet d'isoler le tube du sol, du point de - vue-haute tension., au moyen d'une canalisation isolante de quelques décimètres de long.
- La réduction de l'importance de tout organe tournant, (pompe ou ventilateur), pouvant parfois aller jusqu'à la suppression quasi totale, simplifie considérablement 1-'installation et améliore son rendement énergéti- ,que.
La présente invention couvre les moyens de mise en oeuvre dudit procédé de refroidissement par vaporisation permettant des réalisations indus- trielles ayant principalement pour objet d'assurer l'entretien constant d'une pellicule de liquide à la surface de l'anode à refroidir et d'éviter la possi- bilité de formation de points chauds dans la masse à refroidir.
Conformément à 1-'invention, l'anode est épaissie, son épaisseur moyenne étant égale à plusieurs fois l'épaisseur normale d'une telle électro- de compte tenu des conditions technologiques de fabrication des tubes, et sa surface prése-nte des protubérances courtes- et épaisses destinées à assurer une augmentation des échanges thermiques entre l'anode et le fluide tout en organisant la circulation de 1?émulsion liquide-vapeur qui se forme dans le bouilleur ou est placée l'anode, de sorte à éviter que- les-- balles de vapeur une fois formées, ne s'accrochent à ladite surface.,
et ne l'isolent thermique- ment du fluide réfrigérant.Des moyens auxiliaires ) tels un manchon lâche co- axial à 1-'anode,, peuvent encore favoriser ce brassage. Les moyens selon l'in vention prévoient en outre dans le bouilleur et au-dessus du niveau du li- quide en ébullition, une chambré d'expansion pour la vapeur formée,compor- tant éventuellement des dispositifs auxiliaires de séparation du liquide en- traîné par la vapeur,de fagon qu'il règne dans le circuit de refroidissement une pression uniforme qui peut être voisine de la pression atmosphérique.
En= fin,l'invention comporte également des moyens perfectionnés de- récupération des calories dissipées au droit des anodes, et de réduction de l'encombrement total du circuit de- refroidissement d'un- ensemble de tubes.
L'invention sera bien comprise en se reportant à la description suivante et aux figures qui l'accompagnent, données à titre d'exemple non limitatif et dans lesquelles ,
La figure 1 montre, en coupe, une vue agrandie du corps anodique d'un tube électronique et de la chemise- d'eau associée, constituant une réali- sation de l'invention.
Sur les figures 2, 3a, 3b, 4,5a, 5b, 6, 7 et-9, on a représenté des détails du radiateur associé au corps anodique.
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Sur les figures 8aJ) 8b et 109 on a représentée d9une façon sché- matique des procédés de réalisation économiques dudit radiateur.
Les figures ll, 12 et 13 représentent des réalisations de la che- mise de eau dans le cas de la réfrigération de tubes à anode extérieure du ty- pe précédent.
Les figures 14 et 15 représentent des détails de réalisation du joint d'étanchéité entre le tube et sa chemise..,
Les- figures 16 et 17 représentent une variante de réalisation de
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l'inventiono
Les figures 18, 19 et 20 concernent une application de 1.' invention à des tubes démission de types différents.
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Les figures 21, 22 et 23 représentent d-une façon schématique des installations de refroidissement d'un ensemble de tubes électroniques.
La figure 24 représente le cas d'une installation utilisant de l'eau brute.
La-figure 1 représente une vue en coupe, à grande échelle du corps anodique portant un radiateur épais selon 1-'invention, et de la chemise 5 utilisée comme bouilleur. Les éléments identiques conservent les- mêmes chif- fres de référence.,
Le radiateur 21 est fixé à l'anode 22 comme il est d'usage courant,
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par exemple,, au moyen d9un soudure à basse température 233 Il est essentiel- lement constitué éPa.ilettes longitudinales massives 24 de largeur bien infé- rieure à celle des radiateurs de tube refroidis par circulation d'air. Ces ailettes présentent de préférence, une base large au voisinage de l'anode et
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une section droite triangulaire ou trapézoldale-.
Cette forme favorise l'évacua- tion des bulles de vapeur se formant sur les ailettes:!, par les cheminées déli mitées ainsi entre les ailettes ailes-même et entre les ailettes et la chemi-
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se d'eauo Elles peuvent être obtenues par fraisage d'une pièce brute massive par exemple,ou utilisées brutes de fonderie avec éventuellement une passe de finissage.
Ce radiateur est plongé dans une chemise 5 remplie d'eau dont le niveau 26 est maintenu par ailleurs constant, de façon que le radiateur y baigne entièrement. La chemise peut être constituée,, en totalité ou partiellement, en matière transparente (verre Pyrex par exemple) permettant de véri-
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fier le bon fonctionnement du système" L'ensemble du radiateur et de la che- mise d'eau constitue un bouilleur dans lequel la chaleur dégagée par ,9anode a pour effet damener Peau à ébullition.
Une caractéristique essentielle de .\!invention réside dans la forme que l'on donne aux surfaces- de- refroidisse- ment de façon à assurer un dégagement facile des bulles de vapeur et une gran-
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de turbulence de 19 usion de au et de vapeur autour des ailettes L'"Mimentation en eau de la cuve n9a d'autre but que de compen- ser la perte d'eau due à la vaporisation. fJa.ljmenta.tion peut donc être faite soit par le haut, soit par le bas de la cuve.
Elle a été figurée, à titre in- diaatif, en 2âo La cuve est reliée, par ailleurs, â, sa partie supérieure, à un collecteur de vapeur 28 et à une tuyauterie 29 dirigée vers le haut ayant
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pour but, d9una part de canaliser la vapeur d'eau que 1-'on réutilise après condensation, d'autre part, de permettre la séparation, par gravita', de la vapeur et de 1eau qu'elle entraîne du fait de la grande vitesse dont elle est animée quand elle quitte le collecteur.
Accessoirement un orifice de trop-plein 30 peut être prévu, pour assurer le maintien du niveau d'eau, lorsque la- chemise est alimentée d'une façon continue. Ce trop-plein est inutile lorsqu'elle est alimentée par com- munication directe avec un réservoir à niveau constant;? ainsi qu'on le verra plus loin.
Un épaulement est prévu à la partie supérieure du collecteur 28 pour supporter le tubereposant$ par un épanouissement de la collerette 36 il-
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sur un joint d'étanchéité 37, dont une description est faite plus loin (±1gq- res 14 et z) Deux bossages 38 permettent 1-laccrochage de poignées isolées thermiquement.
Il est ainsi possible d'extraire rapidement le tube de sa chemise d'eau en cas de mauvais fonctionnement, en soulevant l'ensemble cons- titué par le tube et son radiateur hors du bouilleurLe radiateur peut être à nouveau utilisé sur un autre tube lorsque le premier est hors d'usagea
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Lorsque 19 échapge de température se fait à la pression atmosphérique, le simple poids du tube assure 19étanchéité en 370
Dans le cas où le système est exploité à une pression supérieure à la pression atmosphérique,,la fixation est assurée.,soit par un verrouilla- ge mécanique à commande rapide,.soit de préférence, par un système autoclave; on a décrit en détail une telle réalisation sur la figure 19. Ces dispositifs, connus en eux=mêmes, nont pas été représentés sur la figure.
Dans les deux cas., le changement d'un tube détérioré peut se faire très rapidement., puisqu' il ne nécessite ni arrêt ni remise en route d'un système-quelconque de pompe- ou de ventilateur.
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Ainsi qU9il est deusage, l'eau servant au refroidissement doit être distillée et, éventuellement, dégazéeo Le radiateur peut être constituée par exemple., en cuivre ou en aluminium,. sa surface étant de préférence trai-
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tée de façon à être protégée contre 1-'effet corrosif de l'eau bouillante (chromage, dorure, etc...) afin d'éviter la formation d'une pellicule d'oxyde qui pourrait diminuer la qualité du contact thermique entre le radiateur et
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l'eau.
Le radiateur, ainsi qu'il est d'usage peut être nettoyé pério- diquemento Des expériences réalisées par la demanderesse ont montré que la différence maximum de température en régime de fonctionnement entre le radia-
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teur et l'eau bouillante est voisine de 10,ove ce qui est notoirement insuf- fisant pour donner naissance au phénomène redouté de caléfaction.
La figure 2 représente une variante de la réalisation d'un ra-
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diateur selon l'inventiona On remarque que les ailettes ont la-forme de pyra- mides obliquesobtenues par exemple en usinant avec un tour des saignées perpendiculaires aux ailettes longitudinales de la réalisation précédente.
La surface supérieure de contact 31 est à peu près horizontale. Le dégage- ment des bulles de vapeur est assuré par gravité sur les surfaces verticales 32. Il est facilitésur la surface inférieure 33, très obliqua par le bras- sage dû aux balles provenant des ailettes situées immédiatement au-dessous.
Une telle disposition des ailettes assure une grande facilité de dégagement aux bulles de vapeur., tant par les cheminées verticales ménagées entre elles,
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que par la fojane-de 1-'espace entre les extrémités des- ailettes et 19int' rieur de la.chemise d-leau. Cette disposition a pour effet d'augmenter nota- blement la turbulence de l'émulsion d'eau et de vapeur qui., selon l'invention,
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est utilisée pour renouveler en- permanence la pellicule d.\1eau au contact du radiateur.
La figure 3a représente une vue développée d'une portion de la surface du radiateur réalisée comme- on vient de ledécrire.La figure 3b cor- respond au cas où les pyramides sont disposées en quinconce. Cette disposition,
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qui complique la forme des cheminées verticales, a pour effet 9aunte la turbulence de 19 émtù.sion vapeur-liquide. Cette variante, avantageuse du point de vue du fonctionnement, présente l'inconvénient de nécessiter un- usinage plus compliqué du radiateur. Il faut en effet tailler dans la masse deux fa- milles d'hélices de pas opposés.
L'augmentation de la surface de contact entre l'eau et le radial teur, par rapport à la surface anodique ne dépend que de la forme des pyrami- des; elle est théoriquement indépendante de leur grandeur., une diminution de leurs dimensions étant compensée par une augmentation de leur nombre.
Un compromis peut être choisi en faisant intervenir le prix de la
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matière première et le prix de 1-usinage. Les surfaces élémentaires doivent toutefois rester grandes par rapport aux dimensions des-buuea de vapeur. Le
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radiateur selon invention est donc chaulant moins encombrant qu'il est con- gu pour fonctionner avec un dégagement gazeux constitué par des bulles plus petites, c9est-â-dire que la pression de fonctionnement du système est plus élevéeo A la limite, on peut concevoir que le radiateur,
selon l'inventions soit constitue par une granulation pgruamidale suffisamment petite pour qu'on puisse l'obtenir par moletage de la surface extérieure du radiateur ou même
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de la surface de 19anode La figure 4 représente une variante de réalisation permettant
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d2>amener de Peau à 1?état liquide à la base des ailetteso Dans ce but, des canaux longitudinaux 39 garnis d'un revêtement thermique isolant 40 sont pré- vus à la base des ailettes 24. Ce revêtement isolant a pour objet d'éviter la vaporisation de l'eau tant quelle n'a pas quitté les canaux 39. Il en résul-
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te une circulation ordonnée, 9 9 s.u arrivant par les canaux 39 et la vapeur s'échappant vers l'extérieur par les cheminées 34.
Selon une variante préférée de l'invention, le radiateur est
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constitué par assemblage d.\> éléments sépares,, par exemple identiques, consti- tuant un manchon que 1-'on fixe à l'anode lisse du tube par tout procédé connu en soi.
On a représenté sur les figures 5a et 5b deux types de tels élé- mentso Ce sont des rondelles. La rondelle 5a peut être obtenue par matriçage ou soûlée centrifuge. La rondelle 5b, de prix de revient encore plus bas, est prise dans de la tôle épaisse emboutie et découpée. On a représenté en coupe,
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sur la figure 8tl21 un radiateur obtenu par pressage de :tendelles du type 5a.
Les rondelles constituant le radiateur représenté sur la figure 8b sont as- semblées par souduredirecte sur Panade du tube. On peut obtenir facilement,.. en décalant les dents de deux rondelles successives, une. disposition.des ai- lettes en quinconce, ainsi qu'il apparaît sur la vue développée de la figure 9.On remarquera que cette disposition ne peut être obtenue que par le pro- cédé de construction considéré. Ces rondelles se prêtent également au montage
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du radiateur par auto-frettage thprmiquee soit sur l'anode elle--même soit sur un cylindre intermédiaire.
Une autre variante,consiste à réaliser le radiateur à partir d'une pièce unique constituée, par exemple, par une cornière de profil conve- nable, enroulée en hélice, ainsi qu'il est représenté sur la figure 7. On
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peut à 1?aide de cette pièce réaliser un radiateur, ainsi qu9îl est repré- senté sur la figure 8bp dans lequel le contact thermique est assuré par 19é- lasticité même de la structure en hélice.
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On peut également constituer le radiateur par assemblage d9éhe ments longitudinaux identiques lisses ou dentelés, usinés dans de la barre étirée de profil convenable. Un tel élément est représenté sur la figure 6.
L'assemblage. peut être assuré par frettage, comme pour les douves d'un ton- neauo
Les ailettes peuvent également être constituées par des picots 31' rapportés sur une pièce cylindrique ou sur le corps anodique lui-même, Ces picots seront soudés directement par soudure électrique par contact, ou avec interposition de métal d'apport,, de façon à présenter une distribution en quinconce,ainsi qu'il apparaît sur la figure 10. On peut-également prévoir des perforations dans lesquelles on enfonce à force les picots. Les picots sont représentés sur la figure de forme cylindrique, mais il est bien enten-
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du que cette forme n'est donnée quda titre d'exemple.
Afin d'alléger la structure rayonnante, on peut être amené à la réaliser en un métal léger, Pa1umin-ium. par exemple, présentant une conducti- bilité thermique assez élevée pour assurer le transfert des calories-,nécessai-
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res. IJ, est bon, dans ces conditions, de prévoir à la surface de contact un revêtement en cuivre ou en argent conférant à l'ensemble les propriétés ther- miques désiréeso
Quel que soit le mode de réalisation du radiateur selon 1?invention,
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il est essentiel que lépaisseur moyenne de la structure anodique- (anode + ra-
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diateur),soit de 1?ordre du centimètres,épaisseur trop élevée pour correspon-
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dre à un dégazage faejaé de cette structure en cours de fabrication.
L9anode- ainsi réalisée peut être ensuite soumise à un traite- ment mécanique ou à une attaque chimique ou électrique en vue d'obtenir un état de surface favorable à 1?échange thermique;, cest-àdire la suppres- sion du poli éventuel de la surface.
Pour favoriser le renouvellement de la pellicule de liquide au- tour de 1?anode, on peut utiliser un liquide mouillant comme fluide réfri- gérant ou modifier le si propriétés superficielles du fluide utilisée ainsi qu' il est connu, par addition d'un agent mouillant;
dans certains circuits, il
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importe que l'agent mouillant n"aug#nte pas-trop la conductibilité éleotri- que du liquide réfrigéranto Les figures U et 12 représentent en détail deux modes de réali- sation de la chemise contenant le liquide- réfrigérant où 1?on a prévu un dis-
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positif, soit par chicanes, soit par centrifugation, pemettant dgéliminer une partie importante du liquide entraîné par la vapeur au cours de l2lébul= lition. Afin de faciliter la lectureon a repéré les éléments identiques par les mêmes numéros de référence que dans les figures précédentes.
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On voit en 27, sur la figure zal la canalisation isolante d.l1ali= mentation en liquide de la chemise 5. Ainsi qu.l1 il apparaît cette canalisa- tion de faible diamètre pénètre profondément à 1-'Intérieur de 5. elle est fixée à !-aide de joints genre presse-'étoupe, assurant 19étanchéité.
Il en est de même de la canalisation isolante 29 de sortie.On peut ainsi limiter la longueur du tuyau isolant à 1?extérieur de la chemise ,
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au minimum assurant un isolement efficace- dans lYair.l1 tout en assurant à l'intérieur des canalisations une longueur suffisante pour assurer 1? isole- ment dans le liquide. ou la vapeur.
Il se dégage donc,par gravitésà la surface supérieure de la che- misede la vapeur constituant une émulsion dans le liquide et entraînant une
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quantité assez considérable de celui-.ci. Afin d'assurer la séparation du li- quide entraînée on angnente la longueur du parcours de la vapeur en disposant un jeu de chicanes 43,44,par exemple solidaires- respectivement d'une colle-
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rette du .tube et de la chemise d-9eau.
On a représenté en trait mixte le trajet de la vapeur. Il est bien entendu que toute disposition d9obstacles s.9opposant à la simple mon- tée de la vapeur et lui faisant subir des détours conviendrait également.,
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En variante, on peut assurer la séparation de 1?eau entraînée par centrifa- gationo La figure 16 représente une réalisation possible de la chemiser lorsque 1'on utilise ce procédé de séparation. On voit que la vapeur qui mon- te est canalisée par la conduite 45 enroulée en spirale autour-de la partie
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supérieure de la chemise. Le liquide séparé par la force cent-ri-fuge développée retombe dans la chemise.
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La figure 13 représente? d-lune façon schématique, un mode de réa- lisation de 1-'invention, dans lequel il est nécessaire de refroidir trois tu- bes électroniques. Ainsi qu9on le voit:; les trois radiateurs 21a, 21b, 21co baignent dans la chemise 5 de dimensions suffisantes.
Elle est alimentée en
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eau froide par les arrivées isolantes a et 27bu la vapeur étant évacuée par les conduites isolantes 29a et 29bo
Les Figures- 14 et 15 représentent deux modes de réalisation pré- férée des joints assurant 1.11 étanchéité entre la chemise et le tube,tout en établissant un contact électrique entre la collerette portée par celui-ci et
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la chemise Le joint d?étanchéité est porté par la collerette et fixé à celle- ci de façon qu'en cas de remplacement du tube le joint soit également renou- veléo
Le profil de la collerette 36 présente une première partie A B re-
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courbée vers l'extérieur,
suivie d?une partie B C rectiligne (inclinée par exemple à 45 sur la verticale),assurant le contact électrique avec la che-
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mise 5 y ainsi qg-9jl a été- dit plus haut. La partie supérieure de la colle-
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rette C D E est repliée vers l'extérieur de façon que l'extrémité D E arri-
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ve normalement au joint 37.
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La partie inférieure A B de la collerette joue le rôle de dé-
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flecteur de vapeur qui tend à x'éea>ter du joint, ainsi qu9îl est représenté par la flèche 46 et à être captée PaT une canalisations, telle 29, e-ommuni= quant avec le collecteur de vape'#? ainsi qu9il a été précisé plus haut.
Lorsque l'on est amené à r<.'7nouveler le tube utilisés, il suffit de Pextmira de sa chemise et ëPy replacer un second tube. Cependant,, il
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peut se faire que l'extrémité de la collerette 36 ne repose pas exactement
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au même endroit du joint 37 qui n?eat pas renouvelé. Le tube- précédent peut
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avoir creusé un sillon dans ce joint,, ce qui peut entraîner des fuites. Il est donc préférable de changer le joint 37. Cette opération peut être assez
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longue puisqu'elle conduit- a décoller 19,anoien joint avant d9introduire le nouveau. 0 On a représenté sur la Figure 15 une variante préférée de- 1-linven- tion, selon laquelle le joint se trouve automatiquement renouvelé en même temps que le tube puisqu9 il. est porté par celui-ci, ainsi qu9 il apparaît en 37SJ de
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cette figure.
Le profil de la collerette se trouve légèrement modifié à cet
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effet, si besoin est. Il cemprend une. première portion A B courbe, suivie d'une partie BC linéaire, 9 où se produit le contact électrique avec la che- mise 5. La partie supérieure D E de la collerette est recourbée vers 1-lext' rieur de façon à constituer une gorge dans laquelle est collé le joint détan# chéité 37e. Celui-ci est écrasé sur 19extrémité conique de la chemise 5.
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Les- figures 16 et 17 représentent une variante de réalisation de
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19invention dans laquelle la turbulence de 196mulsion est augmentée en mavo- risant,, à 1?aide d'un manchon inférieur effet de thermo-siphon qui tend à
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se produire entra la vapeur plus chaude et le liquide moins chaud.
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On a repr*ésenté.en 21, la structure anodique comportant, par
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exemple, un radiateur à ailettes semas--décrit plus haut.
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Cette structure repose, par 1J intermédiaire d9une collerette 36 formant joint étanche en 37 (ainsi qu'il vient d9être dit) dans une chemise 5 alimentée en liquide à la partie inférieure, en 27. La vapeur est recueillie
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par le tuyau 29 de forte section; on crée éventuellement sur son trajet- des
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perturbations au moyen de tout dispositif appropriée tel un- jeur de-chicane so
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On dispose concentriquement à l'anode un manchon 47, par exemple
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cylindrique. On a représenté respectivement par les flèches 48 et 47e les parcours de l"émulsion eau-vapeur et celui de cette dernière seule.
La ligne
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42 figure le niveau de l'eau.
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La densité de 19émulsion diminue au voisinage du corps anodique
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ou. se produit la vaporisation, ce qui tend à entraîner celle-ci vers le haut,
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entre ladite structure- et le. sylindre 47. Il se crée ainsi, à la partie infé-
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rieure de cette structure, une aspiration de liquide qui tend à ramener entre
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ces deux éléments le- liquide ou 1-94mulsion plus dense par abandon doune partie de la vapeur autre 47 et la chemise 5. La valeur S9 échappe en 47-1.
On n9a pas représentée pour plus de- simplicités, le dispositif de .tiJ#tioa- du manchon 47, solidaire soit de la chemise 5. soit de la stroct'tir6- 21-
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Le manchon cylindrique 47 organise la circulation du liquide et
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de 1-'émulsion liquide-vapeur de façon qu9elle- soit dirigée longitudinalement, et comporte une rotation présentant une vitesse radiale, orientée- vers 19axt=
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rieur, dans 1?espace compris entre la structure anodique et le manchon. De la sorte le liquide se trouve rejeté vers la structure anodique par la. force
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centrifuge.
Cette organisation de la trajectoire du liquide a encore pour ef- fet d'assurer que toute la masse du liquide se trouve réchauffée au voisinage de 10010 ce qui favorise 1-lêvacuation des ealories par ébullition, en permet- tant la formation de grosses bulles de wp6Ul" se- nourrissant dans toute- la masse dtL liquide &1> en favorisant 1?ébullition dans toute, la masse du liquide et même à sa surface ainsi qu9ÎI est connu.
La figure 17 représente une variante- de réalisation de l'inven-
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tion dans laquelle la turbulence de l'émulsion se déplaçant sous l'effet de siphon est augmentée par des dents 49 portées par 1-lune des faces de la struc-
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turne 47, ou la face interne de la chemise 5 Ces dents peuvent être obtenues en découpant des languettes dans une feuille de tôle que 19on rapporte en- suite sur un cylindre rigide après avoir rabattu lesdites languettes 49.
Cel- les-ci jouent le rôle de déflecteurs de vapeur, tendant à écarter de la sur- face de la structure anodique, les bulles de vapeur qui s'y forment,
Dans certains cas particulièrement simples de l'inventions, une turbulence suffisante de la vapeur peut être obtenue, en disposant simple- ment des déflecteurs comme il est représenté en 49 sur la paroi interne de
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.7o Il n'est bien entendu pas exclu de disposer de tels déflecteurs sur pIn- sieurs des surfaces considérées.
Dans certaines réalisations de 1?invention, il peut être inté- ressant d'ajouter en suspension dans le liquide réfrigérant des particules dures qui, entraînées par celui-.ci, ont tendance à venir gratter la surface de la structure anodique de façon à la nettoyer.
Les figures 18 et 19 représentent des modes de réalisation de l'
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invention s'appliquant à un tube électronique de puissance élevée dont 19ano- de est dirigée vers le hautle ballon et les broches de connexion étant dis- posés en-dessous de cette électrode. La forme de la chemise d'eau se trouve légèrement modifiée, elle prend, en effet, ici, la forme d'un simple manchon
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cylindrique ou cylindro-cônique ouvert vers le haute
Selon la variante de réalisation que représente la figure 19, et applicable notamment aux tubes à puissance réduite, le tube associé à son circuit fermé de réfrigération forme une unité mécanique qui, dans certains
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cas peut être mobile,, de façon permettre un dépannage rapide de l'émet- leur associé.
La figure 18 représente une réalisation de 1? invention dans le cas de tubes électroniques de grande puissance.
Le tube 50 muni d'un radiateur 21 reposepar sa collerette 36 sur le fond d'un manchon cylindrique ou cuve 5, un joint élastique 37 mainte- nu par un dispositif de serrage étant interposé entre le tube et sa chemise; l'ensemble est supporté par tout dispositif convenable tel que des pieds 51 reposant le cas échéant sur des isolateurs 52, l'ensemble 51 et 52 étant d'une dimension telle que l'appareil puisse être posé sur le sol sans que les parties fragiles 53 du tube 50 risquent d'être détériorées.
La cuve 5 peut être également munie de poignées 54 de préférence thermiquement isolées du radiateur permettant la manipulation même lorsqu'elle est chaudeune canalisation isolante 55 fixée à la cuve 5 par un joint pres- se-étoupe 56 est munie à son extrémité supérieure d'un embout permettant son
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raccordements, par l'intermédiaire d.9un système dit à démontage rapide 57, car- portant par exemple un joint métalloplastique, à la canalisation 58 comportant de préférence une partie souple 59 On peut également prévoir d9utiliser entre la chemise et les canalisations associées un joint,
rapide du typv à baîonnet- teo
L'ensemble constitué ainsi qu'il est décrit ci-dessus de 50 à 57 peut donc être mis hors service par une manoeuvre rapide qui peut d'ailleurs être facilitée par la présence de roulettes sous les isolateurs 52
L'alimentation en liquide de l'ensemble peut être réalisée par
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tout dispositif capable d'assurer un niveau constant dans la cuve 5; l.9ali= mentation étant réalisée selon le principe des vases ecsamanieantso Il peut être commode dans certains cas d'assurer la vidange du
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liquide chaud remplissant la cuve 5!J avant d'exécuter la manoeuvre de dêsac- souplement de l'ensemble.
Cela peut être réalisé à l'aide d'un réservoir aux- liaire mobile d'après le principe des vases communicants" La figure 19 représente un exemple de réalisation de 1-'invention
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dans laquelle le tube et son dispositif de réfrigération constituent un ensem- ble autonome pouvant grandement simplifier l'installation. On a représenté schématiquement le tube 50 et sa chemise de réfrigération 5 remplie de li-
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quide jusqu'au niveau 4o 0 On peut prevoir somme précédemment un joint rapide 57 facilitant un échange du tube bzz Le diamètre de la canalisation 60 est réduit au-dessus du joint o Comme précédemment, on dispose en un point don- né de cell@-=<si un tube isolant 55 @0rJlduisant la vapeur à un condenseur 62.
Le liquide réfrigérant condensé :etomb automatiquement, par la conduite 6121 dans- la chemise 5.
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Le @ondenUl' 62 suivant les puissances mises en jeu, peut être ainsi qu'il est figuré, refroidi à 1?aide d'un échangeur de température par circulation d'eau, par exemple 63-64. On peut également prévoir le cas d'un radiateur à ailettes 63=64 refroidi par air libre±} ou soufflé si besoin ests ou par un procédé complexe-.
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La canalisation 61 étant, dans sa partie s.péie9 au potentiel de la masse, on peut sans difficultég disposer le radiateur en un point con- venable, 9 éventuellement assez éloigné du tube où se produit une circulation dfair21 tel le toit de 9 .bTe abrritant l'installationo Ainsi qu?il est d'usages la forme des ailettes du radiateur dépend du- mode de- refroidissement envisagé.
Il n'a pas été figuré de canalisation spéciale pour le retour de liquide condensé, celui-ci pouvant redescendre par gravité en empruntant les tuyaux 55.
Le système fonctionnant en circuit fermé, on peut toutefois y ad- joindre un dispositif limiteur ou régulateur de pression.
Il est également prévu un système de sécurité de niveau de liqui- de dans la chemise 5. celle-ci étant portée à un potentiel électrique élevé par rapport à la terreo Des dispositifs de sécurité seront avantageusement contenus dans un petit réservoir annexe, non représenté, réuni à la chemise 5 par deux canalisations isolantes de- petit diamètre situées 1'une au-dessous du niveau 42, l'antre au-dessus.
La figure 20 représente une réalisation de l'invention dans le cas d'un tube présentant une anode de- tome légèrement différente des formes
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habituelles et rencontrée dans certains tubes d2lémissionjj notamment pour ondes courtes.
Il est bien entendu que cet exemple est choisi à titre d9illus-
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tration etg oomue- T,9innt.o s'applique à toutes formes dÍtanode-s ou d9élec= trodes, qu9elle se présente sous. la tome d9un disque platy 9une strueture rentrante, d'lan cylindre 9 e-tlt'to 0 notamment lorsque l'on a affaire à des structures rentrantes, on peut éliminer la chemise et utiliser 1-'int" rieur de 12léle..atrode comme bouilleur ainsi qu-lil est onra9 à condition de prévoir un radiateur à 1 in prieur de ladite strocture La figure montre la réalisation du procédé selon l'invention,
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dans le cas où l'anode se présapte sous la forme d'un cylindre dont 19extrémité porte une collerottte- à plié@ 4aux fois a angle droit,
les bords de celle-ci étant pamllè1.es au ayUas prineipalo Une telle--forme d9anode est utilisée notamment dans les tU}:fiS da psissaaee fonctionnant en- ondes- courtes, car elle permet de réduire les' distances entre les différentes Teotodes9 ainsi que les. dimensions de QSUX-o$v L st:l.lutU1'e anodique est réunie, par .l'intermédiaire d'une pièce eônq'.1 22b soudée à7 un collier 70 solidaire- de l'anode à 1?ampoulé 65 dont seule une fraction est représentée sur la figure.
Ainsi qu'il apparait, la partie cylindrique de L'anode est entourée d'une première chemise 66 alimentée à sa p9.;rtie inférieure par une conduite 27 de faible section à partir d'un réservoir de liquide réfrîgérant. La circulation de liquide est entretenues, ainsi qu9prx le preeisora. plus loin de- façon que le 1i= quide déborde constamment à la partie superieua 42 de la chemise retombant sous forme de gouttelettes 67 à la partie- inférieure d'une seconde chemise
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680 Le liquide est alors évacué par une eondaite-à faible section 690 Le dé-
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bit entretenu dans la chemise d'eau 66 est juste suffisant pour que le niveau du liquide affleure au bord supérieur de la chemise inférieur 66 d'une façon continuemalgré la vaporisation qui se
produit au voisinage de la surface anodique 22 Cette surface peut éventuellement porter un radiateur. La vapeur s'échappe à la partie supérieure et le liquide déborde par-dessus la chemise 66. La séparation liquide-vapeur se fait facilement dans la chemise extérieure 68, la vapeur étant collectée par l'intermédiaire d'une canalisation 29 à gran- de section et dirigée vers un collecteur général alimentant éventuellement un condenseur. Ainsi qu'il apparaît dans la description suivante, une fraction du fluide réfrigérant est recueillie sous forme de liquide non vaporisé qui est dirigé vers le réservoir d'alimentation.
Seule:, la chemise intérieure 66 est alimentée à niveau constant, soit par l'intermédiaire d'un réservoir principal disposé plus hautsoit à partir d'un réservoir par l'intermédiaire d'une pompe de circulation de puis- sance très faible, ou d'un moyen équivalent utilisant un effet de trompe ou d'entraînement par la vapeur. Le schéma général de l'alimentation peut être celui représenté sur la figure 22 dans laquelle 1-'eau recueillie par la conduite 69 est envoyée dans un réservoir situé à un niveau plus bas que la chemise 66, une pompe d'entretien assurant la constance du niveau du liquide dans celle-ci.
La vapeur recueillie en 29 peut être condensée dans un conden- seur auxiliaire ainsi qu'il est précisé plus- bas.Un jeu de chicanes peut être disposé sur le trajet de l'émulsion vapeur-liquide entre le niveau su- périeur de la chemise 66 et le fond de la chemise extérieure 68. Celle-ci constitue avec 1-'enveloppe du tube un ensemble 'étanche., le collier 70 étant solidaire d'un épaulement de la chemise extérieure.
L'étanchéité peut être obtenue par un joint convenable; elle est assurée par gravité, le poids du tube reposant sur la chemise par 1?intermédiaire du collier 700
Les moyens de- l'invention permettent de réaliser des installations de refroidissement de jeux de tubes électroniques d'une grande simplicité et d'un rendement supérieur à tout autre type d'installation, ainsi qu'on peut en juger en comparant le schéma d'une installation classique- (Figo 21) avec ceux d'une installation selon 1? invention (Figso 22, 23 et 24)
Le système classique que représente la figure 21 comporte une pom- pe 2 entraînée par un moteur 3.
Cette pompe fait circuler l'eau dans un en semble de canalisation de grand diamètre 4 alimentant les chemises d'eau 5 des tubes électroniques. Ces chemises d'eau qui sont maintenues à des poten- tiels électriques élevés, sont réunies aux canalisations 4 par des canalisa- tions isolantes 6. L'eau, chauffée au contact des anodes en 5, passe- ensuite dans un système réfrigérant 7 qui est un échangeur de température fonction- nant, soit par rapport à l'air ambiante soit par rapport à une circulation auxiliaire d'eau ordinaire. Ce système échangeur nécessite généralement une pompe ou un ventilateur 8 entraîné par un moteur 9.
On voit queselon le système couramment utilisé, l'évacuation de 1-'énergie superflue disponible sur les anodes entraîne la consommation d'une énergie motrice absorbée par les moteurs 3 et 9; cette énergie s'ajou- te à celle déjà perdue dans les anodes,et correspond à 10 à 15 % de la va- leur de celle-ci.
La nécessité de dépenser une puissance notable dans les pompes auxiliaires tient essentiellement. au fait que, selon la technique actuelle- ment utilisée d'une façon générale,, il est reconnu qu'il convient de ne pas dépasser dans les- chemises d'eau 5 une température maximum de 1?ordre de 50 à 60 C, pour avoir une marge de sécurité suffisante vis-à-vis de la températu- re d'ébullitien, ce phénomène devant à tout prix être évitéo
Pour cette raison, il est nécessaire d'accélérer la vitesse du fluide dans les chemises d'eau 5; on atteint couramment 8 à 10 mo par seconde.
Il en résulte des pertes de charge importantes et la pompe doit fournir une énergie relativement grande. De plus., 1?échange de chaleur avec le milieu ex- térieur qui se fait sous un faible gradient de températureexige un grand dé-
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bit du :fluide réfrigérateur extérieur en 7.
La figure 22 représente les divers éléments d'un système de re-
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froidiesement selon 9invrtiona L'eau distillée (et de préférence privée de oxygène qui a pu sey dissoudre) contenue dans le réservoir 19 de faible vo- lume est mise en circulation comze p:oo@édenment, mais par une petite pompe 2 qU'entmine un moteur 3 de très fsdble puissance, cette circulation rédui- te n'ayant pas d9autre but que de maintenir les cuves 5 constamment pleines d'eau, le niveau étant fixé par l'ajutage de sortie fonctionnant en "trop plein 810
Les canalisations 4 peuvent être de section beaucoup plus faible que dans le cas précédente d'où réduction des tubulures isolantes.
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Dans ces conditions, la dissipation d2!énergie sur 1?anode du tube considéré a pour effet d'amener rapidement l9èau à sa température d'ébulli- tion:, l'énergie absorbée correspondant à la "chaleur latente de vaporisation".
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La- tuyauterie 10 comportant un élément isolant 11 conduit la va- peur d'eau produite dans un condenseur 7; Peau condensée ramenée à une tem-
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pérature qui peut n9être que légèrement inférieure à sa température deébul- lition, est réintroduite dans le réservoir 1.
Bien entendu, la chemise d'eau 5 et l'anode de la lampe qu'elle contient, doivent être adaptées à ce rôle de bouilleur. On utilisera dans ce but des dispositifs adéquats,et notamment ceux décrits ci-dessus.
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La température d-9ébullition de- 1?eau dans le bouilleur 5 étant entièrement définie par la pression qui règne dans la canalisation de vapeur 10,il est prévu, selon l'invention$' de contrôler cette pression par tout
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système approprié, tel, par exemple, qu'une capsule mancmé trique 12, capable de commander par 9 inteéd3.ai d,9une xervo-ccwmande ou manostat 12 bis di- rectement ou indirectement), Inefficacité du condenseur 7. Cet asservissement pourra être obtenu par l'un quelconque des moyens qui sont à la disposition du technicien, notamment par modification de la vitesse du moteur 9 ou- par
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télécommande d-lune vanne ou d'un registre réglant le débit du fluide réfri- gérant extérieur.
Par ailleurs, il sera prévu sur la canalisation 10 un dispositif de sécurité 13 constitué par une ou plusieurs soupapes tarées, destinées à limiter les valeurs maxima et minima de la pression dans cette tuyauterie par rapport à la pression atmosphérique.La soupape fixant la. valeur minimum sera connectée de préférence à un réservoir contenant un gaz inerte non oxydant à la pression atmosphérique, non représenta sur la figure.
La -figure 23 indique schématiquement une variante simplifiée de l'invention,selon laquelle il est possible de supprimer la pompe 2 et son moteur 3. en assurant le remplissage des bouilleurs 5 par une simple communi- cation avec un réservoir 14 équipé, d'un robinet à flotteur 15 relié par une
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canalisation au réservoir 1 de fagon à mai-utenir en 14 un niveau d'eau cons- tant.
Le moteur 9 assurant la circulation du fluide extérieur de refroi- dissement du condenseur est entraîné par une petite turbine à vapeur alimentée en série entre la canalisation 10 et le condenseur 7. Une canalisation 16 as- sure 1-'équilibre de pression- entre l'air contenu dans la partie supérieure du réservoir 14 et la vapeur dans la tuyauterie 10.Cette canalisation est essen-
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tielle au fonctionnement satisfaisant de 1 installation il est en-effet néces- saire qu'un équilibre de pression s'établisse de façon que les conditions' de- fonctionnement puissent être contrôlées efficacement, à chaque instant.
Sous réserve que le réservoir 1 soit placé à une hauteur suffisan- te au=-dessus du réservoir 149on voit que ce dispositif emprunte 1énergie né-
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cessaire- à son fonctionnement a la chaleur perdue qu'il a pour but d9évs.,aea Dans certains cas.favorables, la turbine 9 peut même alimenter, en outre une génératrice 17 renvoyant de l'énergie électrique, par exemple au réseau élec- trique alimentant les tubes
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Pour éviter la corrosion par 1-'eau distillée chaude des diverses parties de l'installation et notamment des bouilleurs, il peut être utile de munir les dispositifs selon 1-'invention., d'un système dégazeur ayant pour but d'éliminer rapidement l'oxygène dissous dans 1?eau;
dans le même but, il pourra être utile de prévoir des revêtements résistant à la corrosion sur tou- tes les pièces métalliques en contact avec la vapeur d'eau.
Dans ce qui précède, on a mentionné- l'eau distillée comme fluide réfrigérante mais il est bien entendu que tout autre fluide approprié peut être utilisée On peut notamment ainsi qu'il apparaît sur la figure 24, utiliser de 1?eau brute.
En effet, par suite de l'agitation mécanique créée par les bulles de vapeur quittant la surface, qui montent à travers le liquide, les sels minéraux et autres impuretés contenues dans l'eau se trouvent réduits à 13 état d'un précipité pulvérulent que l'on retrouve au-fond de la cuve,et Inexpérience a montré qu'il ne se produisait pas d'entartrage; la surface du radiateur reste libre de tout dépôt dur et compact qui risquerait d'en modi- fier les propriétés thermiques.
On a représenté en 5, sur la figure, l'ensemble constitué par le tube et la chemise contenant le liquide réfrigérant qui est de l'eau. Celle- ci alimente la cuve par l'intermédiaire du tuyau 4 de faible section arrivant dans la chemise,, au-dessous du niveau du liquide. Pour simplifier le dessin, on n'a représenté qu'un tube dans la chemise, mais il est bien évident que cela n'est nullement limitatif et que l'on peut admettre qu'il y a plusieurs tubes dans cette chemisa,. ou éventuellement plusieurs chemises individuelles alimentées en parallèle par l'arrivée d'eau 4.
Selon une variante particulièrement simple de l'invention, où il y a un seul ou plusieurs tubes dans chacune des deux chemises du système, l' amenée d'eau 4 peut être constituée par l'inductance du circuit oscillant as- socié aux-dits tubes ou aux groupes desdits tubes, dont un seul est représen- té sur la figure. Dans ce cas, on a avantage à disposer le réservoir auxiliai- re 14 d'alimentation au point neutre du circuit oscillant de façon qu'il soit constamment maintenu à un potentiel HF sensiblement nul. tout en étant porté au potentiel anodique continu., Ce réservoir alimente à niveau constant la ou les chemises de refroidissement des structures anodiques.
Le réservoir auxiliaire est réuni, par l'intemédiaire d'un serpen- tin isolant 70 à une alimentation d'eau sous pression par 1-9intermédiaire d' un robinet 15. Ainsi qu'on l'a dit, le liquide réfrigérant qui remplit tou- tes ces conduites est de l'eau ordinaireElle contient de nombreuses impure- tés calcaires tendant. à entartrer les conduites. Il est connu dajouter à 1$ eau certains, composés ayant. pour effet de faire précipiter les impuretés sous fornae d'une boue non durcie qui se dépose au fond des récipients et no- tamment de la ou des chaises et d'éviter ainsi tout dépôt d'une couche ad- hérente sur les parois, mais, ainsi qu'il est dit plus haut, cela n'est gé- néralement pas nécessaire.
On prévoit un dispositif 71 d'évacuation des boues.
Il est toutefois nécessaire de disposer de tuyaux isolants 70 de section supé- rieure à celle que l'on pourrait utiliser dans le cas d'eau distillée. La lon- gueur nécessaire de tube isolant se trouve augmentée par suite de section ac- crue et de la conductibilité relativement élevée de l'eau brute, c'est pour- quoi il est nécessaire de disposer un serpentin. D'autre part, on peut dispo- ser3 de part et d'autre du serpentin isolant,, les deux éléments 72 et 73 d'un dispositif connu supprimant les effets résultant de l'éleetrolyse des sels cons- tituant les impuretés.
Un dispositif de réglage automatique du niveau d'eau est prévu dans le réservoir auxiliaire 15, par exemple à flotteur. L'on a omis, par souci de simplicité, la canalisation 16, cf. figure 23, assurant l'équilibre de pression entre 11 et 15.
La vapeur canalisée par la conduite d'évacuation 11 comportant une partie isolante, est condensée dans un condenseur 7 et la chaleur récupé- rée est ce point peut être utilisée à toutes fins utiles-, par exemple, au chauf-
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t'age de la station ou en vue d'une distribution d'eau chaude à distance. On dispose en effet d'une source d'eau chaude à une température de 100 C. On dispose en série avec le condenseur 7 un radiateur 7' servant à dissiper à pertes les calories non absorbées dans le circuit d'utilisation.
On récupère le liquide condensé dans un réservoir 74. La capacité de 7' est suffisante pour que, même si l'on n'a paa besoin de l'eau chaude obtenue en-7, le li- quide soit quand même condense.,
Dans le cas où l'on n'utilise pas le liquide distillé, une cana- lisation de trop plein 75 permet de renvoyer ce liquide dans la chemise ou le groupe de chemises 5.
Les robinets de commande 76 des dispositifs d'évacuation des boues calcaires peuvent être commandés manuellement à chaque- arrêt de- fonction- nement des tubes ou automatiquement par un circuit électrique commandé à par- tir de l'interrupteur général d'alimentation-de ceux-ci.On peut coupler mé- caniquement les robinets 76 au robinet 77 commandant l'alimentation en eau brute.