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La présente invention est relative à un circuit fermé de chauf- fage au moyen d'un fluide à l'état gazeux et condensable à l'état liquide, ce circuit comprenant au moins un appareil thermique d'uti- lisation de la chaleur latente de vaporisation du fluide à l'état gazeux.
Comme fluide chauffant, on peut utiliser des corps composés travaillant normalement à l'état gazeux, mais pouvant se condenser à l'état liquideLa vapeur d'eau peut être employée, mais l'utili- sation de certains composés organiques, tels que les composés
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d'oxydes de diphényle par exemple, s'avère très intéressante, notam- ment lorsque les températures de marche des installations thermiques sont élevées, de l'ordre de 250 à 350 0 et même davantage.
Les installations du genre visé se retrouvent dans de nombreuse: industries où les circuits de chauffage servent à diverses fins et posent généralement de difficiles problèmes d'exploitation pour le retour du fluide chauffant condensé. L'invention a pour but d'as- surer automatiquement ce retour, tout en permettant la suppression des robinets purgeurs . Ces derniers appareils sont en effet coûteux, parce qu'ils doivent être remplacés très souvent.
Pour atteindre le but visé, dans le circuit selon l'invention, à la sortie de l'appareil thermique d'utilisation, le mélange gazeux et liquide du fluide est amené à au moins.une soupape d'étranglement permettant pratiquement le passage seul de la phase du fluide à l'état liquide, avec un minimum de fluide à l'état gazeux, le fluide ayant traversé la soupape d'étranglement étant amené dans au moins un appareil d'échange thermique où il est refroidi, cet appareil employant une partie des calories contenues dans le fluide à l'état liquide et la totalité des calories de la chaleur latente de vapo- risation des traces du fluide à l'état gazeux, le liquide ainsi refroidi étant envoyé dans un collecteur hermétique,
où il est de préférence repris par une pompe pour être réinjecté dans au moins un générateur thermique où le liquide est vaporisé pour être utilisé à nouveau dans le circuit.
Dans une forme de réalisation avantageuse, la soupape d'étran- glement comprend un clapet de retenue empêchant la circulation du fluide en sens inverse, une soupape à pointeau prévue à un niveau inférieur à celui du clapet de retenue, une portion de canalisation prévue entre la soupape à pointeau et le clapet de retenue et dont le niveau supérieur est au moins aussi élevé que celui du clapet de retenue, ainsi qu'au moins un voyant ou regard prévu dans la
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partie supérieure de cette portion de canalisation afin de contrôles l' écoulement du fluide.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortitont de la description des dessins annexés au présent mémoire et qui re- présentent, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes de réali sation de l'objet de l'invention.
La figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un circuit de chauffage conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue schématique, en perspective, d'une partie d'un autre circuit de chauffage conforme à l'invention.
La figure 3 est une vue en élévation et en coupe, à plus grande échelle, d'un élément des circuits des figures 1 et 2.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments analogues.
. Le circuit représenté à la figure 1 comprend un générateur 1 dans lequel le fluide chauffant est vaporisé. Le fluide utilisé est par exemple un oxyde de diphényle H5C6-0-C6H5 connu sous le non de "Dowtherm" et qui peut être employé jusqu'à des températures de 380 C.
Le fluide vaporisé est amené par une conduite 2 à un premier appareil thermique d'utilisation 3 qui emploie la chaleur latente de vaporisation du fluide chauffant et qui est donc un échangeur de chaleur qui travaille sur le fluide à l'état gazeux et provoque la condensation partielle de ce fluide.
Le circuit de la figure 1 comprend encore une soupape d'étran- glement 4 montée entre l'échangeur 3 et un appareil d'échange ther- mique 5. La soupape d'étranglement 4 permet pratiquement le passage seul de la phase liquide du fluide chauffant sortant de l'échangeur 3, avec éventuellement des traces de ce fluide à l'état gazeux.
La soupape 4 est .constituée de façon spéciale, comme on le, voit à la figure 3. Elle comprend, à partir de la tubulure d'entrée
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6, un clapet de retenue 7 empêchant la circulation du fluide en sens inverse de celui de la circulation normale et une soupape à pointeau 8, réglable,prévue à un niveau inférieur à celui du clapet 7 et qui constitue l'organe d'étranglement proprement dit.
Une canalisation verticale 9 réunit la soupape à pointeau 8 et le clapet 7. Son niveau supérieur 10 est plus élevé que celui du cla- pet 7, de sorte que, lorsque la soupape à pointeau 8 est réglée pour que le fluide à l'état liquide monte dans la canalisation 9 à peu près jus qu'à son niveau supérieur, on noie le clapet 7 et on forme une soupape hydraulique qui sépare la phase gazeuse du fluide de sa phase liquide, de manière à empêcher le passage de la phase gazeuse et à permettre le passage de la phase liquide.
Pour contrôler le réglage correct de la soupape à pointeau 8, on prévoit deux voyants transparents 11 et 12 en verre, ou autre matière transparente, résistant à la pression élevée qui peut régner dans le circuit. On peut donc ainsi vérifier que le débit de la soupape à pointeau n'est pas trop élevé et que le fluide à l'état liquide atteint un niveau dépassant celui du clapet de rete- nue de manière à constituer une soupape hydraulique, comme indiqué ci-avant.
C'est par la tubulure de sortie 13 (figures 1 et 3) qu'est amené à l'appareil d'échange thermique 5 (figure 1) le fluide sortant de la soupape à pointeau 8 et qui est donc pratiquement entièrement en phase liquide avec éventuellement des traces de la phase gazeuse.
Après refroidissement dans l'appareil d'échange 5, le fluide à l'état liquide passe dans un collecteur de récupération 14, d'où il est repris par une ou plusieurs pompes 15, pour être réinjecté dans le générateur 1. Par mesure de sécurité, on peut intercaler une soupape d'étranglement 16 entre l'appareil d'échange 5 et le
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@ collecteur 14, cette soupape étant constituée comme la soupape 4.
On arrête ainsi les traces de fluide à l'état gazeux qui auraient - franchi la soupape 4 et qui n'auraient pas été condensées ensuite. -
Le. fonctionnement du circuit est le suivant :
Le générateur 1 étant chargé au moyen du fluide chauffant, par exemple le produit dénommé "Dowtherm", est mis progressivement sous pression à 2800 C, la pression absolue dans le générateur étant de 1,740 atmosphère (pression absolue). La vapeur envoyée vers l'appareil d'utilisation 3, se condense partiellement après avoir abandonné sa - chaleur de vaporisation, soit 65' calories par Kg.
Le débit du liquide est réglé au moyen de la soupape d'étran- glement 4, la soupape à pointeau 8 étant mise dans une position telle qu'un minimum de fluide à l'état gazeux traverse cette soupape,
Dans l'appareil d'échange 5, le liquide est refroidi à une température voisine de 1800 C, abandonnant ainsi 69 calories par Kg. A cette température, la tension de vapeur du fluide chauffant n'est plus que de 0,13 atmosphère (pression absolue), de sorte que le fluide condensé refroidi est amené automatiquement dans le col- lecteur 14, par suite de la différence de pression entre l'entrée et la sortie de l'appareil d'échange 5, soit 1,610 atmosphère.
On arrive donc à assurer automatiquement le retour du fluide condensé et à supprimer les purgeurs par l'emploi de deux appareils d'échange thermique 3 et 5 montés en série, grâce à l'interposition de la soupape d'étranglement 4 qui permet l'utilisation séparée de la chaleur latente de vaporisation dans le premier appareil d'échange et de la chaleur spécifique du liquide dans le second appareil d'échange. Cette utilisation séparée crée automatiquement la différence de tension de vapeur nécessaire.
Les appareils thermiques d'échange ou d'utilisation 3 et 5 peuvent être de diverses espèces. Ils consomment des calories de
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'n'importe quelle façon, suivant la nature de l'industrie en cause.
Si, par exemple, le circuit de chauffage est destiné à soumettre une huile à un traitement thermique, on fera passer cette huile dans l'appareil d'échange 5, où elle subira un préchauffage en enlevant des calories au fluide chauffant condensé; l'huile préchauffée passera ensuite dans l'appareil d'utilisation 3, où elle subira le traitement thermique proprement dit.
Le circuit décrit permet des différences de régime considéra- bles ; on peut en effet obtenir le rappel automatique du fluide chauffant condensé avec des différences de tension de vapeur bien moindres que celle qui a été donnée ci-avant à titre d'exemple.
Dans ce cas, la température de sortie du fluide chauffant est plus élevée.
La faible tension de vapeur du fluide chauffant à la sortie de l'appareil d'échange 5 réduit fortement les pertés par évapora- tion.
Le principe du montage en série des deux échangeurs a@vec in- terposition de la soupape d'étranglement peut encore, être appliqué d'autres façons. Ainsi, à la figure 2, on a illustré une application d'un circuit conforme à l'invention, au chauffage des réservoirs à mazout placés dehors et qui doivent être maintenus à une température suffisante, pendant les grands froids,,
Le réservoir considéré 19 est représenté en traits pointillés.
On prévoit un serpentin de chauffage 20 au fond de ce réservoir et un autre serpentin 21 dans la partie médiane du réservoir,
Le serpentin 20 est divisé en deux sections séparées par des vannes, telles que 22. On met en série les sections du serpentin 20 et on alimente ce dernier, en 23, au moyen de vapeur d'eau sous pres sion, par exemple de la vapeur à 10 Kgs/cm2 (pression effective) et à 180 C. Le serpentin 21 est raccordé en série avec le serpentin 20 avec interposition d'une soupape d'étranglement 24,analogue à la soupape 4
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de la figure 3. On règle le débit de la soupape d'étranglement 24, de manière à ne laisser passer en pratique que l'eau condensée.
La chaleur latente de vaporisation de la vapeur admise dans le serpentin 20 est utilisée pour le réchauffage du liquide contenu dans le réservoir, de sorte qu'une partie de la vapeur se condense et la soupape 24 laisse donc passer de l'eau à 1800 0 et dont la tension de vapeur est 10 Kgs/cm2'. Triais, dans le serpentin 21, l'eau se refroidit, puisqu'une partie de ses calories est utilisée pour le réchauffage du contenu du réservoir. L'eau sort par exemple à
1330 C du serpentin.21 et sa tension de vapeur n'est plus alors que @ ... /pression effective/ ,de 3 Kgs/cm2/, de sorte que l'eau condensée refroidie reviendra au- tomatiquement au collecteur (non représenté). On a donc encore une fois créé une différence de tension de vapeur qui assure le retour automatique du fluide de chauffage condensé.
Les deux exemples décrits montrent la multiplicité des applica- tion possibles des circuits de chauffage conformes à l'invention.
Il doit du reste être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux deux formes de réalisations décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières, sans sortir du cadre du présent brevet.
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The present invention relates to a closed circuit for heating by means of a fluid in the gaseous state and condensable in the liquid state, this circuit comprising at least one thermal device for using the latent heat of the gas. vaporization of the fluid in the gaseous state.
As the heating fluid, one can use compound bodies working normally in the gaseous state, but capable of condensing in the liquid state. Water vapor can be employed, but the use of certain organic compounds, such as
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of diphenyl oxides, for example, proves to be very advantageous, especially when the operating temperatures of thermal installations are high, of the order of 250 to 350 0 and even more.
Installations of the type referred to are found in numerous industries where the heating circuits serve various purposes and generally pose difficult operating problems for the return of the condensed heating fluid. The object of the invention is to automatically ensure this return, while allowing the elimination of drain valves. These latter devices are indeed expensive, because they have to be replaced very often.
To achieve the intended goal, in the circuit according to the invention, at the outlet of the thermal appliance for use, the gas and liquid mixture of the fluid is brought to at least one throttle valve allowing practically the passage alone of the phase of the fluid in the liquid state, with a minimum of fluid in the gaseous state, the fluid having passed through the throttle valve being brought into at least one heat exchange apparatus where it is cooled, this apparatus employing a part of the calories contained in the fluid in the liquid state and all of the calories of the latent heat of vaporization of the traces of the fluid in the gaseous state, the liquid thus cooled being sent to a hermetic collector,
where it is preferably taken up by a pump to be reinjected into at least one thermal generator where the liquid is vaporized to be used again in the circuit.
In an advantageous embodiment, the check valve comprises a check valve preventing the flow of fluid in the reverse direction, a needle valve provided at a level lower than that of the check valve, a portion of pipe provided between the needle valve and the check valve and whose upper level is at least as high as that of the check valve, as well as at least one sight glass or sight glass provided in the
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upper portion of this portion of pipe to control fluid flow.
Other details and features of the invention will emerge from the description of the drawings appended hereto and which represent, by way of nonlimiting examples, two embodiments of the object of the invention.
Figure 1 is a schematic overview of a heating circuit according to the invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of part of another heating circuit according to the invention.
Figure 3 is an elevational view in section, on a larger scale, of an element of the circuits of Figures 1 and 2.
In the various figures, the same reference notations designate similar elements.
. The circuit shown in Figure 1 comprises a generator 1 in which the heating fluid is vaporized. The fluid used is, for example, a diphenyl oxide H5C6-0-C6H5 known by the name of "Dowtherm" and which can be used up to temperatures of 380 C.
The vaporized fluid is brought by a pipe 2 to a first thermal appliance 3 which uses the latent heat of vaporization of the heating fluid and which is therefore a heat exchanger which works on the fluid in the gaseous state and causes condensation partial of this fluid.
The circuit of FIG. 1 further comprises a check valve 4 mounted between the exchanger 3 and a heat exchange device 5. The throttle valve 4 practically allows the passage only of the liquid phase of the fluid. heater exiting exchanger 3, possibly with traces of this fluid in the gaseous state.
The valve 4 is made in a special way, as seen in figure 3. It comprises, from the inlet manifold
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6, a check valve 7 preventing the flow of fluid in the opposite direction to that of the normal circulation and a needle valve 8, adjustable, provided at a level lower than that of the valve 7 and which constitutes the throttle member properly said.
A vertical pipe 9 joins the needle valve 8 and the valve 7. Its upper level 10 is higher than that of the valve 7, so that, when the needle valve 8 is adjusted so that the fluid in the state liquid rises in pipe 9 approximately to its upper level, valve 7 is flooded and a hydraulic valve is formed which separates the gas phase of the fluid from its liquid phase, so as to prevent the passage of the gas phase and allowing the passage of the liquid phase.
To check the correct setting of the needle valve 8, two transparent sight glasses 11 and 12 are provided in glass, or other transparent material, resistant to the high pressure which may prevail in the circuit. It is therefore possible to check that the flow rate of the needle valve is not too high and that the fluid in the liquid state reaches a level exceeding that of the check valve so as to constitute a hydraulic valve, as indicated below. -before.
It is through the outlet pipe 13 (Figures 1 and 3) that the fluid leaving the needle valve 8 is brought to the heat exchange device 5 (Figure 1) and which is therefore almost entirely in the liquid phase. possibly with traces of the gas phase.
After cooling in the exchange apparatus 5, the fluid in the liquid state passes into a recovery manifold 14, from where it is taken up by one or more pumps 15, to be reinjected into the generator 1. By measuring safety, a throttle valve 16 can be inserted between the exchange device 5 and the
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@ manifold 14, this valve being made like valve 4.
The traces of fluid in the gaseous state which would have passed through valve 4 and which would not then have been condensed are thus stopped. -
The. circuit operation is as follows:
The generator 1 being charged by means of the heating fluid, for example the product called "Dowtherm", is gradually put under pressure at 2800 ° C., the absolute pressure in the generator being 1.740 atmospheres (absolute pressure). The steam sent to the user device 3 condenses partially after having given up its heat of vaporization, ie 65 'calories per kg.
The flow rate of the liquid is regulated by means of the check valve 4, the needle valve 8 being placed in a position such that a minimum of fluid in the gaseous state passes through this valve,
In the exchange apparatus 5, the liquid is cooled to a temperature close to 1800 C, thus giving up 69 calories per kg. At this temperature, the vapor pressure of the heating fluid is only 0.13 atmospheres ( absolute pressure), so that the cooled condensed fluid is automatically brought into the manifold 14, as a result of the pressure difference between the inlet and the outlet of the exchange apparatus 5, ie 1.610 atmospheres.
It is therefore possible to automatically ensure the return of the condensed fluid and to eliminate the traps by the use of two heat exchange devices 3 and 5 mounted in series, thanks to the interposition of the throttle valve 4 which allows the separate use of the latent heat of vaporization in the first exchange apparatus and the specific heat of the liquid in the second exchange apparatus. This separate use automatically creates the necessary vapor pressure difference.
The thermal exchange or use devices 3 and 5 can be of various kinds. They consume calories from
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'any way, depending on the nature of the industry involved.
If, for example, the heating circuit is intended to subject an oil to heat treatment, this oil will be passed through the exchange device 5, where it will undergo preheating by removing calories from the condensed heating fluid; the preheated oil will then pass into the user apparatus 3, where it will undergo the actual heat treatment.
The circuit described allows considerable differences in speed; it is in fact possible to obtain the automatic return of the condensed heating fluid with much smaller vapor pressure differences than that which has been given above by way of example.
In this case, the outlet temperature of the heating fluid is higher.
The low vapor pressure of the heating fluid at the outlet of the exchange apparatus 5 greatly reduces the losses by evaporation.
The principle of the series connection of the two exchangers with the interposition of the throttle valve can also be applied in other ways. Thus, in Figure 2, there is illustrated an application of a circuit according to the invention, to the heating of oil tanks placed outside and which must be maintained at a sufficient temperature, during extreme cold,
The reservoir in question 19 is shown in dotted lines.
A heating coil 20 is provided at the bottom of this tank and another coil 21 in the middle part of the tank,
The coil 20 is divided into two sections separated by valves, such as 22. The sections of coil 20 are placed in series and the latter is supplied, at 23, by means of pressurized steam, for example gas. steam at 10 Kgs / cm2 (effective pressure) and at 180 C. The coil 21 is connected in series with the coil 20 with the interposition of a throttle valve 24, similar to valve 4
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of FIG. 3. The flow rate of the throttle valve 24 is adjusted so as in practice only to allow the condensed water to pass.
The latent heat of vaporization of the vapor admitted into the coil 20 is used for heating the liquid contained in the tank, so that part of the vapor condenses and the valve 24 therefore allows water to pass at 1800 0 and whose vapor pressure is 10 Kgs / cm2 '. Triais, in the coil 21, the water cools, since part of its calories are used for heating the contents of the tank. The water comes out for example at
1330 C of the coil. 21 and its vapor pressure is then only @ ... / effective pressure /, of 3 Kgs / cm2 /, so that the cooled condensed water will automatically return to the collector (not shown ). Once again, therefore, a difference in vapor pressure has been created which ensures the automatic return of the condensed heating fluid.
The two examples described show the multiplicity of possible applications of the heating circuits according to the invention.
It should moreover be understood that the invention is in no way limited to the two embodiments described and that many modifications can be made to the latter, without departing from the scope of the present patent.
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