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" Aérotherme à récupération ".-
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La présente invention est relative à un appareil de chauffage de locaux, du type dit "aérotherme".
Les aérothermes connus actuellement sont constituée par un échangeur de chaleur tubulaire dont les tubes sont parcourue intérieurement par de la vapeur d'eau, plus rarement par de la vapeur d'huile ou d'un autre fluide, et sont balayés extérieurement par un courant d'air produit par un ventilateur., Cet air chaud est envoyé dans les locaux à chauffer. L'échan- geur de chaleur est constitué ordinairement par une série de tubes, éventuellement en épingles à cheveux, garnis extérieu- rement d'ailettes, montés entre un collecteur d'arrivée rece- vant la vapeur fraîche et un collecteur de départ qui évacue un mélange de,vapeur et de produits de condensation, c'est-à- dire d'eau dans le cas, envisagé ici à titre d'exemple, où l'aérotherme est alimenté en vapeur d'eau.
Ce mélange de vapeur et d'eau condensée passe dans un purgeur, et l'eau qui sort de oelui-ci est mélangée à de l'eau froide dans une bâche avant d'être renvoyée à la chaudière. Ces appareils connus présentent divers inconvénients : - La chaleur contenue dans le fluide primaire est mal utilisée : on n'utilise que la chaleur de vaporisation.
L'eau, qui sort de l'éohangeur est à une tempéra- ture trop élevée (pratiquement, à la température de la vapeur entrante, de 183 par exemple pour de la vapeur d'eau à 10 kg. par cm2). La température de l'eau reprise de la bâche par les pompes d'alimentation de la chaudière est de ce fait, elle .ussi, trop élevée, ce qui provoque de la cavitation
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dans les pompes et diminue leur longévité.
- On est obligé d'utiliser des organes mécaniques thermostatiques et autres (purgeurs) pour éviter le retour de vapeur dans la bâche.
- La température du flux d'air qui sort de l'appareil change d'une région à l'autre du plan vertical de symétrie des tubes échangeurs échelonnés le long des collecteurs :le flux d'air est nettement plus froid en bas de l'appareil qu'en haut. Ceci est gênant puisque l'appareil, étant ordinairement disposé sous une toiture, peut échauffer exagérément cette dernière, tandis qu'un violent courant d'air relativement froid peut naître dans la zone ''occupation.
L'appareil suivant l'invention remédie à tous ces inconvénients. Il comprend essentiellement, disposés l'un à la suite de l'autre dans le sens de l'écoulement du fluide chauffant, une première batterie de tubes échangeurs alimentés par de la vapeur du fluide sous pression, et une seconde batte- rie de tubes échangeurs alimentés nar le liquide surpressé résultant de la condensation de la vapeur du même fluide dans la première batterie.
Les deux échangeurs sont avantageusement groupés dans un même ensemble placé devant un ventilateur commun, et suivant une disposition particulièrement intéressante, les tubes échangeurs de la batterie alimentée par la vapeur sont placés en dessous des tubes échangeurs alimentés par le condensat surpressé.
L'invention est illustrée à titre d'exemple au moyen des dessins joints au présent mémoire, dans lesquels :
Figure 1 est une vue en perspective, schématique, de l'échangeur de chaleur d'un aérotherme classique, pour aider à la compréhension des phénomènes.
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Figure 2 est une vue en perspective, schématique, de l'échangeur de chaleur d'un aérotherme suivant l'invention, dans une forme de réalisation préférée.
Sur l'une et l'autre figures, on a omis de repré- senter le carter de l'appareil et le ventilateur qui provoque le déplacement de l'air, ces éléments n'étant pas nécessaires à la compréhension de l'invention. Il suffit de savoir que l'air ambiant est envoyé contre les tubes,par exemple dans la direction de la floche fo.
Sur les deux figures, aussi, on a désigné par 1 le collecteur d'amenée de la vapeur qui s'y introduit par le branchement l', et par 4 le collecteur final de l'appareil relié par un branchement de sortie 4' à la bâche d'alimenta- tion de la chaudière,
A la figure 1, le collecteur d'entrée 1 qui reçoit . ! la vapeur et le collecteur de sortie 4 qui assure l'évacuation du condensat sont reliés par des tubes en épingles à cheveux
14 qui portent extérieurement des ailettes 5. L'ensemble ainsi constitué est désigné ici et dans les revendications sous le nom de "batterie".
A la figure 2 qui représente une forme de réalisation préférée de l'invention, on aperçoit deux de ces batteries, en quelque sorte imbriquées de façon à présenter l'ensemble de leurs tubes en épingles à cheveux au courant d'air déplacé par un ventilateur commun dans la direction de la flèche fo.
Cette disposition est réalisée en plaçant d'un côté de l'appa- reil ( à droite sur la figure 2) les collecteurs de départ 1 et de retour '41 de la première batterie, alimentée en vapeur à haute pression, et de l'autre côté de l'appareil (c'est-à- dire à gauche sur la figure 2) les collecteurs de départ 3 et de retour 4 de la batterie alimentée en condensat surpressé.
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Le passage de la première batterie à la seconde, c'est-à-dire le passage du condensat recueilli dans la première batterie, au collecteur de départ de la seconde batterie se fait par un tuyau transversal 6.
Suivant la disposition! avantageuse dont il a déjà été question, les échangeurs en épingles à oheveux sont superposés, celui de la batterie alimentée par la vapeur comprenant les tubes 12 étant placé- en dessous de celui qu'alimente le condensat (tubes 34).
En fonctionnement, la vapeur d'eau sous pression de 10 kg par cm2 par exemple pénétrant par le branchement 1' du collecteur 1 se distribue dans celui-ci et se répartit dans les tuaes 12 en suivant les fièches f1, f'1. Elle se oondense dans ces tubes et cède à l'air extérieur sa chaleur de vaporisation. Du collecteur 1 au oolleoteur 2 qui recueille le condensât, la température n'a pas ohangé. Elle est restée de 183 et la pression de 10 kg par cm2 s'eet maintenue. L'eau surpressée du collecteur 2 qui possède ces caractéristiques est envoyée alors par le tuyau 6 dans le collecteur de départ 3 de l'échangeur récupérateur dont les tubes en épingles à cheveux 34 s'établissent entre le collecteur 3 et le collec- teur de retour 4.
Dans cette batterie récupératrice, le con- densat surpressé se détend et se refroidit. Il est évacué par le branchement 4' à une température de l'ordre de 80 par exemple et sous une pression supérieure à la pression atmosphé- rique de la quantité strictement nécessaire à vaincre les pertes de charge de la canalisation de retour jusqu'à la bâche de la chaudière. Dans cette bâche, la température tombe encore de 20 environ, de sorte que c'est de l'eau à 60 que reprendra la pompe. Tout danger de cavitation est ainsi évité.
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Cette façon d'utiliser les différentes formes de chaleur contenues dans la vapeur provoque un renversement du gradient des températures dans le plan vertical de la sortie de l'air.
Ceci signifie qu'à la sortie de l'aérotherme, on dispose d'un flux d'air dont la température la plus élevée se situe à la partie inférieure du flux et inversément. C'est donc le flux d'air le plus chaud qui entre en contact avec la zone d'occupation et qui lui cède le plus de chaleur.
Cette disposition, très favorable au rendement, est encore renforcée par le fait que la partie supérieure de ce flux à température moins élevée empêche la conveotion natu- relle de se manifester, ce qui maintient le flux le plus chaud dans la zone d'occupation pendant un temps beaucoup plue long.
Cette augmentation de l'efficacité calorifique se double d'une plus grande portée du jet d'air chaud. En effet, ce flux ne pouvant monter immédiatement vers la toiture utilise l'énergie interne ainsi épargnée pour pénétrer plus avant dans la zone à chauffer. Il augmente ainsi l'efficacité totale de l'appareil ,en d'autres mots, il améliore le rende- ment global de l'aérotherme.
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"Heat recovery unit" .-
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The present invention relates to a space heating apparatus, of the so-called "air heater" type.
The currently known unit heaters consist of a tubular heat exchanger whose tubes are internally traversed by water vapor, more rarely by oil vapor or another fluid, and are swept externally by a current of air produced by a fan. This hot air is sent to the rooms to be heated. The heat exchanger is usually made up of a series of tubes, possibly in hairpins, furnished on the outside with fins, mounted between an inlet manifold receiving the fresh steam and an outlet manifold which evacuates. a mixture of steam and condensation products, that is to say water in the case, considered here by way of example, where the air heater is supplied with steam.
This mixture of steam and condensed water passes through a trap, and the water coming out of it is mixed with cold water in a tank before being returned to the boiler. These known devices have various drawbacks: - The heat contained in the primary fluid is misused: only the heat of vaporization is used.
The water which leaves the exchanger is at too high a temperature (practically, at the temperature of the incoming steam, 183 for example for steam at 10 kg. Per cm 2). The temperature of the water taken from the tank by the boiler feed pumps is therefore too high, which causes cavitation.
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in pumps and decreases their longevity.
- We are obliged to use thermostatic and other mechanical components (traps) to prevent the return of steam into the tank.
- The temperature of the air flow leaving the device changes from one region to another of the vertical plane of symmetry of the exchanger tubes staggered along the collectors: the air flow is much colder at the bottom of the device than above. This is annoying since the device, being usually placed under a roof, can overheat the latter, while a violent current of relatively cold air can be born in the zone '' occupancy.
The apparatus according to the invention overcomes all these drawbacks. It essentially comprises, arranged one after the other in the direction of the flow of the heating fluid, a first bank of exchanger tubes supplied with vapor from the pressurized fluid, and a second bank of tubes. exchangers supplied with the overpressed liquid resulting from the condensation of the vapor of the same fluid in the first coil.
The two exchangers are advantageously grouped in the same assembly placed in front of a common fan, and according to a particularly advantageous arrangement, the exchanger tubes of the coil supplied by the steam are placed below the exchanger tubes supplied by the overpressed condensate.
The invention is illustrated by way of example by means of the drawings attached hereto, in which:
Figure 1 is a perspective view, schematic, of the heat exchanger of a conventional air heater, to help understanding the phenomena.
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Figure 2 is a perspective view, schematic, of the heat exchanger of an air heater according to the invention, in a preferred embodiment.
In both figures, we have omitted to represent the casing of the apparatus and the fan which causes the displacement of the air, these elements not being necessary for the understanding of the invention. It suffices to know that the ambient air is sent against the tubes, for example in the direction of the foil.
In the two figures, too, we denote by 1 the manifold for supplying the steam which is introduced therein through connection l ', and by 4 the final manifold of the apparatus connected by an outlet connection 4 ′ to the boiler supply cover,
In Figure 1, the input collector 1 which receives. ! the steam and the outlet collector 4 which ensures the evacuation of the condensate are connected by hairpin tubes
14 which carry fins on the outside 5. The assembly thus formed is designated here and in the claims under the name of "battery".
In Figure 2 which shows a preferred embodiment of the invention, we see two of these batteries, in a way nested so as to present all of their tubes in hairpins to the air current moved by a fan common in the direction of the arrow fo.
This arrangement is achieved by placing on one side of the apparatus (on the right in FIG. 2) the outlet 1 and return manifolds '41 of the first battery, supplied with high pressure steam, and of the on the other side of the device (that is to say on the left in figure 2), the outlet 3 and return 4 collectors of the coil supplied with high pressure condensate.
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The passage from the first coil to the second, that is to say the passage of the condensate collected in the first coil, to the starting collector of the second coil is effected by a transverse pipe 6.
Depending on the layout! advantageous which has already been discussed, the hairpin exchangers are superimposed, that of the battery powered by the steam comprising the tubes 12 being placed below that fed by the condensate (tubes 34).
In operation, the pressurized water vapor of 10 kg per cm2, for example entering through the connection 1 'of the manifold 1, is distributed therein and is distributed in the tubes 12 following the arrows f1, f'1. It oondenses in these tubes and releases its heat of vaporization to the outside air. From collector 1 to oolleotor 2 which collects the condensate, the temperature has not changed. It remained at 183 and the pressure of 10 kg per cm2 was maintained. The high pressure water from the collector 2, which has these characteristics, is then sent via the pipe 6 into the starting collector 3 of the recovery exchanger, the hairpin tubes of which 34 are established between the collector 3 and the collector of. back 4.
In this recovery battery, the overpressed condensate expands and cools. It is evacuated through connection 4 'at a temperature of the order of 80 for example and under a pressure greater than atmospheric pressure by the amount strictly necessary to overcome the pressure drops in the return pipe up to the pressure drop. boiler cover. In this tank, the temperature still drops to around 20, so that the pump will take up water to 60. Any danger of cavitation is thus avoided.
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This way of using the different forms of heat contained in the steam causes a reversal of the temperature gradient in the vertical plane of the air outlet.
This means that at the outlet of the unit heater, there is an air flow whose highest temperature is located at the lower part of the flow and vice versa. It is therefore the hottest air flow that comes into contact with the zone of occupancy and gives it the most heat.
This arrangement, which is very favorable to yield, is further reinforced by the fact that the upper part of this flow at a lower temperature prevents natural convection from taking place, which maintains the hottest flow in the occupied zone for a much longer long time.
This increase in heat efficiency is coupled with a greater range of the hot air jet. In fact, this flow, which cannot immediately rise to the roof, uses the internal energy thus saved to penetrate further into the area to be heated. It thus increases the total efficiency of the appliance, in other words, it improves the overall efficiency of the air heater.