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Description jointe à une demande de
BREVET BELGE déposée par : INSTITUT TEPLO- I MASSO OBMENA IMENI A.V.
LYKOVA AKADEMII NAUK BELORUSSKOI SSR ayant pour objet : Appareil de transmission de chaleur Qualification proposée : BREVET D'INVENTION
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Priorité d'une demande de brevet déposée en URSS le 15 décembre 1982 sous le nO Inventeurs : LEONARD LEONIDOVICH VASILIEV, VLADIMIR GRIGORIEVICH KISELEV, VALERY ANDREEVICH MORGUN, ANATOLY MIKHAILOVICH MARCHENKO, EVGENY ANATOLIEVICH RUDNEV, VASILY ANDREEVICH NESVIT, LEONID MARKOVICH DUNAEVSKY, NIKOLAI FEDOROVICH TVERDOKHLEB, VLADIMIR MIKHAILOVICH BOGDANOV, MIKHAIL IVANOVICH RABETSKY
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3518251La présente invention concerne la thermotechnique et a notamment pour objet les appareils de transmission de chaleur.
L'invention peut être appliquée avec un succès ma- ximal dans le service des transports ferroviaires pour le chauffage des aiguillages des chemins de fer, des cabines
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des moyens de transport et des wagons des chemins de fer électrifiés.
En outre, l'invention peut être appliquée dans toute une série de branches de l'industrie telles que : branches chimique, médicale, microbiologique où les variations de la température de la surface de chauffage sont limitées par des exigences technologiques sévères, ainsi que pour le chauffage de locaux d'habitation temporaires, de maisonnettes mobiles, utilisées par exemple lors de la construction
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des voies de communication et des gazoducs et des oléoducs de même que pour le chauffage de locaux d'élevage.
On connaît un appareil de transmission de chaleur décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No.
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3 986 550, qui peut être utilisé en tant qu'appareil de chauffage et aussi bien comme appareil d'évacuation de chaleur en cas de refroidissement des objets.
L'appareil connu utilisé pour la transmission de chaleur comporte une chambre de vaporisation et une chambre de condensation exécutées sous forme de réservoirs, l'en- ceinte de la chambre de vaporisation, qui comprend une zone
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de liquide et une zone de vapeur, étant mise en communia-
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tion avec l'enceinte de la chambre de condensation par une
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tubulure de passage de vapeur et par une tubulure de passage de liquide. Afin de simplifier la description qui va suivre, les tubulures mentionnées seront nommées tubulure de vapeur et tubulure de liquide, respectivement.
Lorsque la chaleur attaque la chambre de vaporisation, le caloporteur liquide se vaporise. Les vapeurs de caloporteur arrivent par la tubulure de vapeur dans la chambre de condensation où elles se condensent, en cédant
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la chaleur latente de vaporisation à un objet. Le calo- porteur condensé coule suivant la tubulure de liquide vers la chambre de vaporisation.
Du fait que, dans l'appareil connu de transmission de chaleur, la chambre de condensation est exécutée sous forme d'un réservoir dans lequel le rapport de la longueur au diamètre est proche de l'unité, l'utilisation de cet appareil s'avère impossible pour le chauffage des objets de grande étendue, disposés horizontalement.
On connaît un appareil de transmission de chaleur décrit dans l'article de E. W. Saaski, J. C. Hartl, n A High Performance Concurrent Flow Heat Pipe for Heat Recovery Applications", AJAA Piper, 1980, v. 1508.
L'appareil connu de transmission de chaleur peut être utilisé pour le chauffage d'objets de grande étendue, disposés verticalement ou avec une inclinaison positive par rapport à l'horizontale. -
L'appareil connu de transmission de chaleur comporte une chambre de vaporisation dont l'enceinte comprend une
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zone de vapeur et une zone de liquide, et une chambre de condensation exécutée sous forme d'une conduite, dans laquelle est montée une cloison suivant son axe longitudinal, qui sert à orienter la vapeur dans la direction de l'enceinte de la chambre de condensation et à recycler le liquide condensé, dans la chambre de vaporisation.
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L'enceinte de la chambre de condensation est liée à la chambre de vaporisation par la tubulure de liquide pla- cée au-dessous du niveau du caloporteur liquide.
Dans l'appareil connu, les vapeurs de caloporteur montent de la chambre de vaporisation et parviennent dans la chambre de condensation où elles se condensent de nouveau en circulant suivant la cloison longitudinale. La plus grande portion du caloporteur condensé revient suivant la
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tubulure de liquide, dans la direction du haut vers le bas, dans la zone de condensation.
L'appareil connu ne peut être utilisé pour le chauf- fage d'objets d'une étendue suffisamment grande qu'à condition qu'il soit disposé verticalement ou bien avec des angles d'inclinaison positifs par rapport à l'horizontale, car cette disposition assure un recyclage assez fiable du caloporteur condensé dans la chambre de condensation, sous l'effet de la gravité. Toutefois, si cet appareil est incliné par rapport à l'horizontale sous des angles négatifs, quand la chambre de vaporisation est placée plus haut que la chambre de condensation, l'appareil n'est pas en général capable de fonctionner du fait que le caloporteur liquide coule dans la chambre de condensation, et la chambre de vaporisation se trouve asséchée.
L'efficacité du fonctionnement de cet appareil disposé horizontalement n'est pas élevée car, dans ce cas, en premier lieu, seulement une certaine partie de la surface intérieure de la chambre de vaporisation est recouverte de caloporteur liquide, ce qui conduit à la diminution de la puissance calorifique fournie à la chambre de vaporisation ; en deuxième lieu, le caloporteur liquide recouvre d'une couche épaisse une partie de la surface de transmission de la chaleur dans la chambre de condensation, ce qui aboutit également à la baisse de la puissance calorifique.
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En outre, si l'appareil est disposé horizontalement, l'augmentation de la longueur de la zone de condensation, dont le diamètre est petit, conduit à ce qu'une zone sta- gnante se forme dans l'extrémité de la chambre de condensation opposée à la chambre de vaporisation. De ce fait, le caloporteur liquide froid qui ne participe pas au processus de vaporisation et de condensation s'accumulera dans la zone stagnante. Pour cette raison, l'appareil de transmission de chaleur qu'on vient d'examiner ci-dessus ne
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peut être utilisé que pour des objets d'une petite longueur disposés horizontalement, la puissance calorifique transmise étant faible.
L'inconvénient de l'appareil connu réside en ce qu'on ne peut pas l'utiliser pour le chauffage d'objets de grande étendue disposés horizontalement.
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On connaît un transmission de chaleur décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No.
4 050 509, qui peut être utilisé pour le chauffage de la plate-forme de la voie à l'aide de l'énergie du soleil.
L'appareil connu de transmission de chaleur comporte appareil deune chambre de vaporisation pourvue d'au moins une source de chauffage. L'enceinte de la chambre de vaporisation est
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partagée en une zone de liquide et en une zone de vapeur.
La chambre de condensation est disposée au-dessous de la chambre de vaporisation et est exécutée sous forme d'une conduite dans le creux de laquelle est disposé un tube suivant son axe longitudinal, dont le creux est lié aux enceintes de la chambre de condensation et de la chambre de vaporisation. Ce tube sert à amener la vapeur dans
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l'enceinte de la chambre de condensation et à recycler le liquide condensé dans l'enceinte de la chambre de vaporisation.
L'appareil connu de transmission de chaleur fonctionne de la manière suivante. Lorsque la chambre de vapo-
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risation est attaquée par-là chaleur, le caloporteur liquide
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s'évapore et passe par le dans l'enceinte de la cham- tubebre de condensation. Dans l'enceinte de la chambre de condensation, les vapeurs de caloporteur se condensent et la chaleur latente de vaporisation est transmise à un objet à chauffer. Le processus de transmission de la chaleur à l'objet à chauffer se produit jusqu'au moment de la vapo-
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risation totale du caloporteur liquide dans la chambre de vaporisation et de la chute de pression dans celle-ci.
Des ce moment, la chaleur ne se transmet plus à l'objet à chauffer et le caloporteur liquide commence à couler sous l'effet de la pression de l'enceinte de la chambre de con- densation, dans la chambre de vaporisation, suivant le tube descendu au-dessous du niveau du caloporteur liquide.
Ce processus se produit grâce à une pression excédentaire des gaz non condensables dans l'enceinte de la chambre de condensation. Au fur et à mesure que le caloporteur liquide revient dans la chambre de vaporisation sous l'effet de la pression, la pression dans la chambre de condensation décroît et celle dans la chambre de vaporisation augmente à la suite de la vaporisation du caloporteur liquide qui y
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est arrivé. A partir du moment où la pression dans la chambre de vaporisation devient supérieure à celle de la chambre de condensation, le processus de transmission de la chaleur à l'objet chauffer s'interrompt. L'appareil en question ane peut fonctionner que dans la position dans laquelle sa chambre de condensation est disposée verticalement ou inclinée sous des angles proches de la verticale.
Dans le cas où la chambre de condensation est disposée horizontalement, sa surface de transmission de chaleur diminue notablement du fait que seulement la moitié supérieure de la chambre de condensation peut être chauffante, car la partie inférieure de celle-ci sera remplie de caloporteur liquide pendant toute la période de fonctionnement.
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En conséquence, la puissance calorifique transmise à
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l'objet à chauffer diminue. De plus, la nécessite de ré- duire la vitesse du courant de vapeur dans le tube jusqu'aux valeurs auxquelles le caloporteur liquide peut couler de la chambre de condensation dans la chambre de vaporisation par gravité conduit elle aussi à une baisse de la puissance calorifique transmise.
Il s'ensuit que l'appareil connu de transmission de chaleur est caractérisé lui aussi par un inconvénient qui
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consiste en ce que cet appareil ne peut pas chauffer des objets disposés horizontalement, de grande étendue, lorsque la valeur de la puissance calorifique transmise est de quelques kilowatts, et le rapport de la longueur de la chambre de condensation à son diamètre est relativement important et est compris entre 200 et 400 et davantage
On s'est donc proposé de mettre au point un appareil de transmission de chaleur qui assurerait le chauffage des objets étendus montés sensiblement horizontalement, grâce à la réalisation constructive de la liaison de la chambre de condensation avec la chambre de vaporisation.
Le problème posé est résolu à l'aide d'un appareil de transmission de chaleur comportant une chambre de vaporisation pourvue d'au moins une source de chauffage, l'en- ceinte de ladite chambre étant partagée en une zone de
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liquide et en une zone de vapeur, et une chambre de con- densation exécutée sous forme d'une conduite dans le creux de laquelle est disposé un tube suivant son axe
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longitudinal, dont le creux est mis en communication avec les enceintes de la chambre de condensation et de la chambre de vaporisation, et sert à amener la vapeur dans l'enceinte de la chambre de condensation et à recycler le liquide condensé dans l'enceinte de la chambre de vaporisa- tion, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on a prévu,
pour relier l'enceinte de la chambre de condensation et le
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creux du tube à l'enceinte de la chambre de vaporisation, au moins deux tubulures : une tubulure de vapeur et une tubulure de liquide, l'une d'elles étant reliée à la zone de vapeur de la chambre de vaporisation et l'autre à la zone de liquide de la chambre de vaporisation, la chambre de condensation étant montée dans ce cas essentiellement horizontalement suivant un objet à chauffer, grâce à quoi on assure la condensation des vapeurs de caloporteur suivant toute la longueur de la chambre de condensation et, respectivement, une température constante suivant toute la surface de la chambre de condensation. En circulant par
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la chambre de condensation, le courant de vapeur qui s'y condense entraîne avec lui la pellicule et les gouttes de caloporteur condensé.
Depuis la chambre de condensation, le caloporteur liquide coule par la tubulure de li- quide vers la chambre de vaporisation.
Le mouvement du courant de vapeur et du courant de vapeur-liquide à l'intérieur de l'appareil de transmission de chaleur entraîne des pertes de la pression qu'ils dépensent pour vaincre des résistances locales et des résistances suivant la longueur. Pour vaincre lesdites résistances, les courants consomment une partie insignifiante
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de l'énergie de la vapeur générée dans la chambre de vapo- risation par les sources de chauffage, qui se transforme de nouveau en énergie thermique.
La perte de pression est compensée par la colonne de caloporteur liquide dans la tubulure de liquide, maintenue grâce à ladite différence des pressions.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de
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chaleur est aussi assuré dans le cas où la chambre de condensation est inclinée par rapport à l'horizontale sous un angle négatif.
A la mise au point d'une conception de l'appareil de transmission de chaleur qui fonctionne dans les con-
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ditions dans lesquelles la chaleur est cédée d'une manière régulière ou varie légèrement, suivant la longueur de la
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chambre de condensation, il est avantageux que le creux du tube soit, à l'aide d'une tubulure de vapeur, relié à la zone de vapeur de la chambre de vaporisation et que l'enceinte de la chambre de condensation soit mise en communication, par une tubulure de liquide, avec la zone de liquide de la de vaporisation. En circulant par le creux du tube vers l'enceinte de la chambre de condensation, le courant de vapeur entrain la pellicule et des gouttes du caloporteur condensé qui coule ensuite par la tubulure de liquide vers la zone de liquide de la chambre de vaporisation.
En se condensant dans le creux du tube, la vapeur cède la chaleur latente de vaporisation, à travers la paroi du tube, l'enceinte et la paroi de la chambrechambre de condensation, à l'objet à chauffer. La partie restante de vapeur de caloporteur débouche du tube dans l'enceinte de la chambre de condensation où elle se condense en cédant la chaleur latente de vaporisation, à tra-
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vers la paroi de la chambre de condensation, à l'objet à chauffer. On assure, dans ce cas, l'isotherme de la paroi de la chambre de condensation lorsque le courant thermique cédant la chaleur est régulier ou varie peu. En variant
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le diamètre du tube et le diamètre de la chambre de con- densation, on choisit un rapport des sections desdits éléments qui assure la différence maximale des pressions dans l'appareil de transmission de chaleur.
Dans l'appareil de transmission de chaleur, dont le régime de fonctionnement est caractérisé par de grandes variations du flux de chaleur transmis suivant la longueur
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de la chambre de condensation, il est avantageux que le creux du tube soit relié par la tubulure de liquide à la zone de liquide de la chambre de vaporisation et que l'enceinte de la chambre de condensation soit mise en commun-
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cation, par la tubulure de vapeur, avec la zone de vapeur de la chambre de vaporisation.
Du fait que la vapeur arrive de la zone de vapeur de la chambre de vaporisation immédiatement dans l'enceinte de la chambre de condensation, la transmission de la chaleur de la vapeur se condensant sur l'objet à chauffer se produit immédiatement à travers la paroi de la chambre de condensation, la résistance thermique étant relativement faible.
Il s'ensuit que la variante examinée de construction de l'appareil de transmission de chaleur possède une isothermie suffisante à de grandes quantités de chaleur extraites de certains endroits suivant la longueur de la chambre de condensation.
Si l'on désire créer une construction fiable, facile à fabriquer et solide à l'utilisation, de l'appareil de transmission de chaleur, il est avantageux de disposer la tubulure de vapeur à l'intérieur de la tubulure de liquide dans laquelle est montée une cloison qui sépare, de la
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zone de vapeur de la chambre de vaporisation, dans la zone de liquide de laquelle descendent les deux tubes, le caloporteur s'écoulant de la chambre de condensation. Dans cette construction, on a diminué notablement le nombre de cordons de soudure étanches au vide.
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Dans le cas de la mise au point de longs appareils de transmission de chaleur utilisés à ciel ouvert et pouvant subir des actions mécaniques occasionnelles, il est avantageux que la tubulure de vapeur soit disposée à l'in- térieur de la tubulure de liquide.
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Selon l'une des variations de la construction, il est avantageux que la cloison séparant, de la zone de va- peur, le caloporteur débouchant de l'enceinte de la zone de condensation, soit constituée par un demi-anneau obturant l'espacement annulaire entre les parois de la tubulure
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de vapeur et la tubulure de liquide par laquelle revient le caloporteur condensé dans la chambre de vaporisation et par les plaques obturant les espacements longitudinaux entre lesdites parois des tubulures, l'anneau et les pla-
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ques étant montés l'un par rapport à l'autre sous un angle.
On diminue de cette façon le nombre des matériaux nécessai- res et on améliore la technologie des travaux de montage et d'assemblage.
Afin d'élever la fiabilité du fonctionnement et d'élargir la plage réglable des charges thermiques transmises, on a muni l'appareil de transmission de chaleur d'un condenseur dont l'enceinte comprend une zone de vapeur et
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une zone de liquide et est liée à l'enceinte de la chambre de condensation et communiquée par la tubulure de liquide à la zone de liquide de la chambre de vaporisation. Dans ce cas, le condenseur est muni d'une tubulure pour le remplissage de la chambre de vaporisation du caloporteur et l'évacuation des gaz non condensés de l'appareil.
Grâce au fait que l'interface"liquide-vapeur"qu'on a admis conventionnellement est déplacée de l'enceinte de la chambre de condensation dans l'enceinte du condenseur,
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on a assuré l'augmentation de la vitesse du courant de va- peur sur toute la longueur de l'enceinte du condenseur.
Selon l'un des modes de réalisation de l'appareil de transmission de chaleur, le condenseur est monté immédiate-
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ment sur la chambre de condensation, grâce à quoi la chaleur cédée par le condenseur peut être transmise immédiatement à un objet à chauffer.
Il est également avantageux que le condenseur soit disposé immédiatement sur une tubulure de liquide quand il n'est pas désirable, du point de vue de la construction ou selon les conditions d'utilisation d'un objet à chauffer, d'amener à celui-ci la chaleur du condenseur auxiliaire.
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Dans le but d'assurer d'une manière plus efficace l'évacuation de la chaleur du condenseur, on réalise ce dernier avec un ailettage extérieur.
Selon l'une des variantes de réalisation de l'appareil de transmission de chaleur, un réchauffeur auxiliaire est logé dans la zone de vapeur du condenseur et une soupape de vidange est montée à la sortie de la tubulure de liquide dans la zone de liquide, ce qui assure la vidange sûre du liquide condensé depuis l'enceinte de la chambre de condensation dans l'enceinte de la chambre de vaporisation, dans le cas où la hauteur de la tubulure de liquide est diminuée.
Dans le but d'accélérer le processus de mise en marche et d'élever la fiabilité de fonctionnement de l'ap- pareil de transmission de chaleur, on l'a muni d'une pièce
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intercalaire en matériau capillaire poreux, qui entre en contact avec la zone de liquide de la chambre de vaporisation, est liée rigidement à la tubulure de liquide et empêche la vapeur de pénétrer dans celui-ci depuis la zone de vapeur de la chambre de vaporisation. La pièce interca- laire en matériau capillaire poreux est utilisée pour prévenir les irruptions du liquide pendant les périodes de
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démarrage depuis la zone de liquide de la chambre de vapo- risation à travers la tubulure de liquide dans la chambre de condensation.
Selon l'une des variantes de construction de l'appa- reil de transmission de chaleur, la pièce intercalaire est chauffée à l'aide d'une source de chauffage auxiliaire.
L'avantage de l'utilisation de ladite solution constructive
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se fonde sur le fait que, en premier lieu, on peut intens- fier notablement l'échange de chaleur et des masses lors de l'évaporation du liquide de la surface de la source de chauffage auxiliaire, dont l'encombrement se trouve sensiblement réduit ; en deuxième lieu, on diminue l'encombrement
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de la chambre de vaporisation et on réduit la hauteur à laquelle est disposée la chambre de condensation au-dessus de la chambre de vaporisation.
Dans le but d'améliorer la technologie de fabriction, de rendre plus commodes le transport et le montage de l'appareil de transmission de chaleur dont la chambre de condensation est de plusieurs dizaines de mètres, on réalise son tube, aussi, par assemblage de plusieurs parties.
Selon l'une des variantes de réalisation de l'appa-
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reil, on a disposé des brides avec un joint à l'endroit de l'assemblage à la chambre de condensation et un accouplement par assemblage fileté au tube en assurant ainsi l'as- semblage étanche de la chambre de condensation et l'assemblage étanche du tube sans diminuer la section transversale dudit tube et de l'enceinte de la chambre de condensation.
Vu que le coût de l'appareil de transmission de cha-
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leur est plus élevé que celui des tubes d'échange de chaleur courts, et aussi afin de simplifier le processus de remplissage de liquide et d'évacuation périodique des gaz non condensables de l'appareil, on y a prévu une soupape montée à l'endroit d'accumulation des gaz non condensables.
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L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront le mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés sur lesquels : - figure 1 représente une vue d'ensemble d'un appareil de transmission de chaleur conforme à l'invention, en coupe longitudinale ;
- figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II lade la figure 1 ; - la figure 3 représente en coupe longitudinale une
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vue d'ensemble d'un des modes de réalisation de l'appareil de transmission de chaleur conforme à l'invention ; - la figure 4 représente en coupe longitudinale une vue d'ensemble d'un autre mode de réalisation de l'appareil de transmission de chaleur conforme à l'invention ; - la figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la figure 4 ; - la figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 4 ;
- la figure 7 est une coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 4 ; - la figure 8 représente encore, en coupe longitudinale, une vue d'ensemble de l'un des modes de réalisation de l'appareil de transmission de chaleur conforme à l'in- vention ; - la figure 9 représente encore, en coupe longitu- dinale, une vue d'ensemble de l'un des modes de réalisation de l'appareil de transmission de chaleur ; - la figure 10 représente encore, en coupe longitu- dinale, une vue d'ensemble de l'appareil de transmission de chaleur conforme à l'invention, dans l'un des modes de réalisation ;
- la figure 11 représente en coupe longitudinale une vue d'ensemble de l'un des modes de réalisation de l'appareil de transmission de chaleur conforme à l'inven- tion ; - la figure 12 représente en coupe longitudinale une vue d'ensemble d'un des modes de réalisation de l'ap- pareil de transmission de chaleur conforme à l'invention ; - la figure 13 représente encore, en coupe longitu- dinale, une vue d'ensemble d'un des modes de réalisation de l'appareil de transmission de chaleur conforme à l'in- vention ;
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- la figure 14 représente encore, en coupe longitu-
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dinale, une vue d'ensemble d'un des modes de réalisation de l'appareil de transmission de chaleur conforme à l'inven- tion ; - la figure 15 représente en coupe longitudinale une
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vue d'ensemble de l'appareil de transmission de chaleur conforme à l'invention ;, - figure 16 est une coupe suivant la ligne XVI-XVI de la figure 15 ; - figure 17 est une coupe suivant la ligne XVIIXVII de la figure 15 ;
- figure 18 représente encore, en coupe longitudinale une vue d'ensemble d'un mode de réalisation de l'appa- lareil de transmission de chaleur conforme à l'invention ; - la figure 19 est une vue suivant la ligne XIX-XIX de la figure 18 ; - la figure 20 représente en coupe longitudinale une vue d'ensemble de l'appareil de transmission de chaleur conforme à l'invention.
L'appareil de transmission de chaleur représenté sur
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les figures 1 et 2, destiné par exemple au chauffage des aiguillages des chemins de fer, comporte une chambre de vaporisation 1 pourvue de deux sources de chauffage 2, par exemple des réchauffeurs électriques fixés d'une manière étanche dans les parois de la chambre de vaporisation 1.
Comme source de chauffage 2, on peut utiliser, en plus des réchauffeurs électriques, également d'autres réchauffeurs, par exemple des réchauffeurs à flamme de gaz.
L'enceinte de la chambre de vaporisation 1 comporte
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une zone de liquide 3 et une zone de vapeur 4. Au-dessus de la chambre de vaporisation 1 est montée une chambre de condensation 5 exécutée sous forme d'une conduite. Un tube 7 avec un creux ou cavité 8 est monté dans l'enceinte de condensation 6 de la chambre de condensation 5. Ce tube 7
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sert à amener la vapeur dans l'enceinte 6 de la chambre de condensation 5 et à recycler le liquide condensé dans l'enceinte de la chambre de vaporisation 1.
Selon l'invention, l'appareil de transmission de chaleur comprend deux tubulures : une tubulure de vapeur 9 et une tubulure de liquide 10 (figure 2) qui passe entre deux sources de chauffage 2. En fonction de la forme d'un objet à chauffer 11 (figure 1) et du schéma général de l'organisation qui détermine la disposition de la chambre de vaporisation 1, la conduite de liquide 10 peut être installée aussi dans d'autres endroits de la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1. A l'aide d'une tubulure de vapeur 9, la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1 est reliée. 8 du tube 7. La tranche du tube 7, tubulure de vapeur 9, est obturée par un bouchon 12.
La tubulure de vapeur 9 est raccordée à la paroi latérale du tube 7, engagée à travers la paroi latérale de la chambre de condensation 5, et relie le creux 8 du tube 7 à la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1.
La zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1 est reliée par la tubulure de liquide 10 à l'enceinte 6 de la chambre de condensation 5. Dans la description qui va suivre, la référence 5 pourra désigner tant la chambre de condensation que la conduite. Le creux 8 du tube 7 est relié au creux 6 de la conduite 5. Le tube 7 est logé coaxialement à la chambre de condensation 5. La chambre de condensation 5 est disposée essentiellement horizontalement le long d'un objet à chauffer 11. Si l'objet à chauffer 11 est un aiguillage de chemin de fer, la chambre de condensation 5 est montée entre le rail d'applique et la lame d'aiguille de l'aiguillage du chemin de fer et est serrée, par des moyens de serrage spéciaux, contre la base du rail d'applique.
Le nombre de sources de chauffage 2 est choisi en
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partant de la puissance calorifique nécessaire transmise à l'objet à chauffer 11 et de l'encombrement de la chambre de vaporisation 1. La chambre de vaporisation 1 est remplie partiellement d'un caloporteur liquide 13 (figure 2). Sur la chambre de condensation 5, dans la zone où est incorporée dans celle-ci la tubulure de liquide 10, on a monté une tubulure 14 (figure 1) par laquelle on remplit l'appareil de transmission de chaleur de caloporteur 13, et à travers laquelle s'échappent les gaz non condensables.
Ladite tubulure doit être montée à l'endroit d'accumulation la plus probable des gaz non condensables.
Toutes les variantes de l'appareil de transmission de chaleur représentées sur les figures 1 et 2 fonctionnent de la manière suivante.
Après l'enclenchement des sources de chauffage 2, le caloporteur 13 se chauffe dans la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1. Le caloporteur liquide 13 s'évapore en se déplaçant dans la direction indiquée par la flèche et ses vapeurs se dirigent suivant la flèche"b" zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1 et, ensuite, passent par la tubulure de vapeur 9 et arrivent dans le creux ou cavité 8 du tube 7. En se condensant partellement, le courant de vapeur traverse le creux 8 du tube 7 et parvent dans la chambre de condensation 5. Dans l'enceinte 6 de la conduite 5, le courant de vapeur se condense entièrement.
Etant donné que la transmission de la vapeur se condensant dans l'enceinte du tube 7, à chauffer 11, s'effectue à travers un espacement entre la paroi extérieure du tube 7 et la paroi intérieure de la chambre de condensation 5 qui possède une grande résistance thermique, et que le courant principal de vapeur se condense dans l'enceinte 6 de la conduite 5, la chambre de condensation 5 possède une haute isotherme. Depuis l'enceinte 6 de la conduite 5, le caloporteur condensé 13 revient par
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creuxgravité, suivant la flèche non, suivant la tubulure de
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liquide 10, dans la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1.
En circulant à travers le creux ou cavité 8 du tube 7 et le creux 6 de la conduite 5, le courant de vapeur condensée agit sur la pellicule et avec des gouttes de caloporteur condensé dans lesdits creux, et les véhicule vers la tubulure de liquide 10. Pendant le fonctionnement
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de l'appareil de transmission de chaleur, une différence des pressions se forme entre la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1 et le creux ou cavité de la conduite 5. Elle est égale aux pertes sommées de la pression, dues au frottement et aux résistances locales au mouvement de la vapeur et du mélange vapeur-liquide à l'intérieur de l'appareil.
C'est grâce à cette différence des pressions, formée pendant le fonctionnement de l'appareil, qu'il se
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forme, dans la tubulure de liquide 10, une colonne de ca- loporteur, dont la hauteur est égale au rapport des pertes sommées de la pression au poids spécifique du caloporteur dans la chambre de vaporisation 1. Ainsi, la hauteur de
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la colonne de caloporteur 13 dans la tubulure de liquide 10 et, respectivement, la hauteur de la tubulure de liquide 10, dépendent de la différence des pressions à l'intérieur de l'appareil de transmission de chaleur.
Pour le transport de la vapeur et du mélange vapeurliquide à l'intérieur de l'appareil de transmission de chaleur, on dépense une certaine partie d'énergie potentielle de la vapeur produite dans la chambre de vaporisation 1.
Cette énergie se transforme de nouveau en énergie thermique transmise elle aussi à l'objet à chauffer 11.
L'analyse des processus thermique et hydrodynamique du fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur
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a fait apparaître que cet appareil peut fonctionner dans une large plage de variation des angles d'inclinaison tant
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positifs que négatifs sous lesquels la chambre de condensa-
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tion 5 est disposée par rapport à l'horizontale. En choisissant d'une manière convenable la hauteur de la tubulure de liquide 10, la surface de la section transversale des creux 8 et 6 du tube 7 et de la conduite 5, et leurs rapports, l'appareil de transmission de chaleur assure la transmission des flux de chaleur de plusieurs kilowatts aux objets à chauffer 11 disposés horizontalement, dont la longueur est de plusieurs dizaines de mètres.
L'évacuation du caloporteur 13 de la tubulure de
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liquide 10 s'effectue vers la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1, par exemple entre les sources de chauffage 2.
Etant donné que, dans l'appareil de transmission de chaleur, la longueur de la chambre de condensation 5 dépasse notablement les dimensions linéaires de la chambre de vaporisation 1, la capacité de fonctionnement de l'appa-
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reil qui dépend, dans la plus grande mesure, de la condi- tion selon laquelle les gaz non condensables doivent être évacués entièrement de ses enceintes intérieures, est déterminée par l'endroit où est disposée la tubulure 14 à travers laquelle sont évacués les gaz non condensables.
L'appareil, représenté sur les figures 1 et 2, est destiné à transmettre la chaleur à l'objet à chauffer 11 lorsque la puissance calorifique transmise doit être distribuée régulièrement suivant la longueur de la chambre de condensation 5.
La figure 3 illustre un appareil de transmission de chaleur, destiné à transmettre la chaleur à un objet à chauffer 11 (non montré sur la figure) quand la puissance calorifique transmise varie sensiblement suivant la longueur de la chambre de condensation 15.
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La chambre de condensation 15 est exécutée sous forme d'une conduite dans le creux ou cavité 16 de laquelle est
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monté un tube 17 ayant un creux 18 mis en communication avec le creux 16 de la chambre de condensation 15.
La chambre de vaporisation de l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 3 est analogue
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à celle illustrée sur la figure 1 et est désignée par les mêmes références.
Le creux 18 du tube 17 est mis en communication avec la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1 à l'aide d'une tubulure de liquide 19. Le creux 16 de la chambre de condensation 15 communique avec la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1 à l'aide de la tubulure de vapeur 20, reliée, à travers la paroi latérale de la chambre de condensation 15, à son creux ou cavité 16.
Compte tenu des processus intérieurs qui se déroulent dans la chambre de condensation 15, il est avantageux que le tube 17 soit monté sur la génératrice inférieure de la chambre de condensation 15 (non montrée sur la figure).
L'appareil, illustré sur la figure 3, fonctionne de la manière suivante.
Les vapeurs de caloporteur 13 formées dans la chambre de vaporisation 1 dont le fonctionnement est décrit ci-
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dessus, arrivent par la tubulure de vapeur 20 dans le creux 16 de la chambre de condensation 15. La transmission de chaleur des vapeurs de caloporteur 13 qui se condensent, à l'objet à chauffer 11, se produit dans l'espacement entre
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la paroi du tube 17 et la paroi intérieure de la chambre de condensation 15, à une faible résistance thermique. Par le courant de vapeur, la pellicule de caloporteur condensé
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13 est transportée suivant le creux 16 d'où le caloporteur condensé 13 arrive dans le creux 18 du tube 17 et, ensuite, passe par la tubulure de liquide 19 et parvent dans la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1.
Dans le cas où les flux de chaleur transmis par la chambre de condensation 15 à l'objet à chauffer 11 sont
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grands, la consommation de caloporteur condensé coulant du creux 16 de la conduite dans le creux 18 du tube 17 augmente. Dans ce cas, en disposant le tube 17 sur la génératrice inférieure de la chambre de condensation 15 et en supprimant, par cela même, la formation de la zone de caloporteur condensé 13, on assure un fonctionnement fiable et continu de l'appareil de transmission de chaleur.
L'appareil de transmission de chaleur, représenté sur la figure 4, est destiné au chauffage d'objets qui fonctionnent dans des conditions d'exploitation dans lesquelles les éléments de l'appareil peuvent être endommagés mécaniquement (par des coups, des vibrations, etc.).
La chambre de vaporisation 1 de l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 4 est analogue à la chambre de vaporisation 1 représentée sur la figure 1 et est désignée par les références susmentionnées.
La chambre de condensation 21 est exécutée sous forme d'une conduite dans le creux ou cavité 22 de laquelle est logé un tube 23 dont le creux 24 est relié au creux 22 de la chambre de condensation 21 que l'on peut nommer conventionnellement conduite 21.
L'appareil comporte une tubulure de vapeur 25 et une tubulure de liquide 26, la tubulure de vapeur 25 étant logée à l'intérieur de la tubulure de liquide 26 dans laquelle est montée une cloison 27 qui sépare de la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1,-dans la zone de liquide 3 de laquelle sont descendues deux tubulures 25 et 26-, le caloporteur 13 s'écoulant du creux 22 de la conduite 21.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur, représenté sur la figure 4, est analogue à l'appareil de transmission de chaleur représenté sur les figures 1, 2 et 3 et décrit plus haut. On notera quelques particulartés de l'hydrodynamique et des processus de transmission
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de masse se déroulant dans l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 4.
La cloison 27 sépare, de la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1, le caloporteur 13 débouchant du creux 22 de la conduite 21. En engageant la tubulure de vapeur 25 et la tubulure de liquide 26 dans la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1, on prévient la pénétration des vapeurs de caloporteur 13 immédiatement de la zone de vapeur 4 dans la tubulure de liquide 26. Les processus de transfert du caloporteur de la tubulure de vapeur 25 dans le creux 24 du tube 23, et du caloporteur condensé de l'enceinte 22 de la conduite 21 dans la tubulure de liquide 26, s'effectuent avec de faibles résistances hydrauliques.
On obtient ceci grâce au fait que les sections transversales de la tubulure de vapeur 25 et de la tubulure de liquide 26 sont égales aux sections transversales du creux 24 du tube 23 et du creux 22 de la conduite 21 respectivement, et, de plus, au fait que lesdits éléments sont reliés par des courbures progressives dont les rayons sont assez grands.
Dans l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 4, la cloison 27 est constituée par un demi-anneau 28 (figure 5) obturant l'espacement annulaire 29 entre les parois 30 et 31 de la tubulure de vapeur 25 et de la tubulure de liquide 26 respectivement, par laquelle le caloporteur liquide 13 revient dans la chambre de vaporisation 1, et par des plaques 32 (figures 6, 7) obturant les espacements longitudinaux 33 entre lesdites parois 30 et 31 des tubulures 25 et 26, le demianneau et les plaques étant montés suivant un angle entre eux.
La cloison 27 supprime le risque du contact direct des vapeurs de caloporteur entrant dans la tubulure de vapeur 25 avec le caloporteur liquide qui s, suivant
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écoulela tubulure de liquide 26. Le caloporteur condensé 13 s'é-
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coule suivant la tubulure de liquide 26 jusqu'au demianneau 28 qui l'empêche de s'écouler à travers l'espacement annulaire 29 dans la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1.
Du demi-anneau 28, le caloporteur liquide s'écoule dans l'espacement longitudinal 33 entre les parois 30 et 31 et parvent dans la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1. Les plaques 32 empêchent les vapeurs de caloporteur d'entrer en contact direct avec le caloporteur liquide dans l'espacement longitudinal 33.
L'appareil de transmission de chaleur représenté
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sur la figure 8 est destiné au chauffage d'objets qui né- cessitent, selon les conditions de travail, une haute isotherme.
L'appareil de transmission de chaleur comporte une
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chambre de condensation 34, exécutée sous forme d'une conduite, dans le creux ou cavité 35 de laquelle est monté un tube 36. Le creux 37 du tube 36 est relié au creux 35 de la chambre de condensation 34.
L'appareil de transmission de chaleur comporte aussi un condenseur 38 dont l'enceinte possède une zone de vapeur 39 et une zone de liquide 40, et est mise en communcation, par le raccord 41, avec le creux 35 de la chambre de condensation 34. Au moyen de la tubulure de liquide 42, l'enceinte du condenseur 38 est reliée à la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1 dont la construetion est analogue à celle de la chambre de vaporisation 1 représentée sur la figure 1, et est désignée par les réfé- rences susmentionnées.
Le condenseur 38 est muni d'une tubulure 14 dont on se sert pour remplir l'appareil de caloporteur 13 et à travers lequel s'échappent des gaz non condensables de l'appareil de transmission de chaleur.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de
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chaleur, représenté sur la figure 8, est analogue au fonctionnement de l'appareil représenté sur les figures 4, 5,
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6, 7 et 8, que l'on a décrit ci-dessus. Dans cet appareil muni d'un condenseur 38, le caloporteur condensé s'écoule du creux 35 à travers le raccord de réduction 41 dans le condenseur 38 et se dirige ensuite, par la tubulure de liquide 42, vers la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1.
Une certaine quantité de vapeur de caloporteur s'écoule du creux 35 de la chambre de condensation 34 dans l'enceinte du condenseur 38. Il s'ensuit qu'en réglant l'évacuation de la chaleur de la surface du condenseur 38, il est possible de déplacer conventionnellement l'interface "liquide-vapeur"du creux 35 vers l'enceinte du condenseur 38 et d'élever respectivement l'isotherme de la chambre de condensation 34 lorsque les objets à chauffer 11, disposés horizontalement, sont de grande étendue.
Pendant une longue période de fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur, des gaz non conden-
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sables peuvent apparaître à l'intérieur de ses enceintes et influencer défavorablement le fonctionnement de l'appareil. Du fait que les gaz non condensables ont tendance à s'accumuler, en règle générale, dans la partie la plus éloignée suivant le mouvement de la vapeur de la chambre de condensation 34, le condenseur 38, si l'appareil de transmission de chaleur est équipé de celui-ci, fait fonction de réservoir d'accumulation des gaz pendant le fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur. On
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élève ainsi l'isotherme de la chambre de condensation 34.
La tubulure 14, disposée sur le condenseur 38 et utilisée pour le remplissage de la chambre de vaporisation 1 du caloporteur 13, permet d'améliorer la technologie de fabrication de l'appareil de transmission de chaleur, d'élever
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la fiabilité et d'augmenter la durée de vie car on obtint,
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à l'aide de celle-ci, l'évacuation la plus totale des gaz non condensables.
Dans l'une des variantes de l'appareil de transmission de chaleur, qui est représentée sur la figure 9 et qui peut être utilisée pour le chauffage d'objets de grande étendue ayant à leur surface des cavités d'une forme arbitraire, le condenseur 43 est monté immédiatement sur le corps de la chambre de condensation 44.
La chambre de condensation 44 est exécutée sous forme d'une conduite dans le creux 45 de laquelle est disposé un tube 46 dont le creux 47 est relié au creux 45 de la chambre de condensation 44.
La chambre de vaporisation 1 de l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 9 est analogue à la chambre de vaporisation 1 représentée sur la figure 1 et est désignée par les références susmentionnées.
A l'aide d'une tubulure de liquide 48, le condenseur 43 est relié par son enceinte à la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1. Le creux 47 du tube 46 est mis en communication, par l'intermédiaire d'une tubulure 49, avec la zone de vapeur 4 de La chambre de vaporisation 1.
Une tubulure 14 est montée sur le condenseur 43.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur illustré sur la figure 9 est analogue à celui de l'appareil décrit plus haut.
Le caloporteur condensé dans la chambre de condensation 44 est véhiculé du creux 45 directement dans le condenseur 43 et, ensuite, dans la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1. La régulation de la température de la surface de la chambre de condensation 44 se fait par variation de l'évacuation de l'énergie calorifique de la surface du condenseur 43. Cette énergie calorifique peut aussi être transmise à l'objet à chauffer 11.
Les variantes de l'appareil de transmission de
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chaleur, représentées sur les figures 10 et 11, sont destinées à chauffer des objets qui nécessitent que l'on tienne une température constante sur une grande longueur ; la variante illustrée sur la figure 11 peut être utilisée dans le cas où la puissance calorifique fournie suivant la longueur de la chambre de condensation 44 diffère notablement de sa valeur moyenne.
Le condenseur 50 est monté immédiatement sur la tubulure de liquide 51 (figure 10) reliée à l'enceinte 52 de la chambre de condensation 53. L'enceinte du condenseur 50 est partagée en une zone de vapeur 54 et en une zone de liquide 55. La chambre de condensation 53 est exécutée sous forme d'une conduite dans le creux 52 de laquelle est monté un tube 56.
La chambre de vaporisation 1 des appareils de transmission de chaleur représentés sur les figures 10 et 11 est analogue à la chambre de vaporisation 1 montrée sur la figure 1 et est désignée par les références susmentionnées.
Le creux 57 du tube 56 est relié à la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1 (figure 10). La tubulure de liquide 51 relie l'enceinte 52 à l'enceinte du condenseur 50 et à la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1.
L'enceinte 52 peut être mise en communication, par la tubulure de vapeur 59, avec la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1 (figure 11). Dans ce cas, le condenseur 50 est monté sur la tubulure de liquide 60 faisant communiquer le creux 57 du tube 56 avec la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1.
Sur le condenseur 50 (figures 10 et on a monté une tubulure 14 destinée au remplissage de l'appareil par le caloporteur 13 et à l'évacuation des gaz non condensables.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de
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chaleur représenté sur les figures 10 et 11 a été décrit main-dans la description du fonctionnement des appareils représentés respectivement sur les figures 1 et 3. Il convient d'ajouter qu'en disposant le condenseur 50 immédiate-
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ment sur la tubulure de liquide 60, on élève sensiblement l'isotherme de la chambre de condensation 50 (figure 11).
On obtient ceci en élevant la vitesse de circulation de la phase vapeur et de la phase liquide du caloporteur dans l'enceinte 52 de la chambre de condensation 53 et dans le creux 57 du tube 56 par déplacement de l'interface"vapeur- liquide"du creux 57 du tube 56 dans l'enceinte du condenseur 50 lorsqu'on évacue une certaine partie de la puissan- ce calorifique de la surface du condenseur 50. On diminue ainsi la probabilité de la formation d'une zone stagnante de caloporteur liquide à l'endroit de son passage de l'en-
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ceinte 52 de la chambre de condensation 53 dans le creux 57 du tube.
Dans l'autre variante de l'appareil de transmission de chaleur (figure 12), le condenseur 61 est exécuté avec un ailettage 62 et est monté immédiatement sur la tubulure
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de liquide 63. Une tubulure 14 est montée sur le condenseur 61 pour le remplissage de l'appareil par le caloporteur 13 et l'évacuation des gaz non condensables de l'appareil.
La chambre de condensation 53 et la chambre de vaporisation 1 de l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 12 sont analogues respectivement à la chambde de condensation 53 représentée sur la figure 10
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et à la chambre de vaporisation 1 représentée sur la fi- gure 1 et sont désignées par les mêmes références.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 12 est analogue au fonctionnement de l'appareil décrit précédemment.
Si le condenseur 61 est exécuté avec un ailettage
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extérieur 62, on peut accroître, en augmentant la surface
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d'échange de chaleur, la puissance calorifique évacuée du condenseur 61 et élargir, par cela même, la plage possible de régulation de la circulation du caloporteur dans l'appareil de transmission de chaleur. On élève ainsi notablement l'isotherme de la chambre de condensation 53 pour de grandes variations de la puissance calorifique évacuée suivant la longueur de la chambre de condensation
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53.
Dans les variantes de construction de l'appareil de transmission de chaleur illustrées sur les figures 8 à 12, le condenseur est utilisé pour l'évacuation d'une certaine
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quantité de chaleur et pour la modification des paramètres thermotechniques de la chambre de condensation. La hauteur requise à laquelle est disposée la chambre de condensation au-dessus de la chambre de vaporisation peut être diminuée en disposant le réchauffeur 65, par exemple un réchauffeur électrique, dans le condenseur 65, dans sa zone de vapeur 66 (figure 13). L'enceinte du condenseur 65 est partagée
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en une zone de vapeur 66 et en une zone de liquide 67.
La chambre de condensation 53 et la chambre de vaporisation 1 de l'appareil de transmission de chaleur, représenté sur la figure 13, sont analogues à la chambre de condensation 53 représentée sur la figure 10, et à la chambre de vaporisation 1 montrée sur la figure 1, respectivement, et sont désignées par les mêmes références.
Une soupape de vidange 69 est montée à la sortie du caloporteur de la tubulure de liquide 6B dans la zone de liquide 3. Le creux 57 du tube 56 est relié par la tubulure de vapeur 70 à la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 13 a été décrit plus haut ; - toutefois, il convient de noter que le condenseur 65 ren- fermant un réchauffeur 64 fonctionnera de la manière suivante.
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Le caloporteur condensé 13 s'écoule de l'enceinte 52 de la chambre de condensation 53, par la tubulure de liquide 68, dans le condenseur 65. Du fait que la soupape de vidange 69 est réglée de manière qu'elle ne s'ouvre qu'après que la zone de liquide 67 ait atteint la hauteur correspondant à l'immersion du réchauffeur 64, le réchauffeur 64 dans le condenseur 65 sera inondé périodiquement par le caloporteur 13. Lors de la mise en action du réchauffeur 64 au moment de son immersion dans le caloporteur 13, le caloporteur 13 bouillir intensément. La pression dans l'enceinte du condenseur 65 s'élève et le caloporteur commence à se déplacer, par les tubulures de liquide, vers le haut et vers le bas, en ouvrant la soupape de vidange 69.
Vu que la résistance de la tubulure de liquide 68 entre le condenseur 65 et la zone de liquide 3 est choisie inférieure à celle de la tubulure de liquide 68 entre le condenseur 65 et l'enceinte 52 de la chambre de condensation 53, la plus grande partie du caloporteur 13 sera refoulée dans la chambre de vaporisation 1.
Ensuite, le cycle de fonctionnement de l'appareil recommence. La soupape de vidange 69 se ferme de nouveau, le caloporteur 13 s'accumule dans la tubulure de liquide 68 et dans la zone de liquide 67 du condenseur 65 jusqu'à ce que le caloporteur 13 vienne en contact avec le réchauffeur chaud 64 et que la pression dans l'enceinte du condenseur 65 augmente.
Il s'ensuit que l'énergie thermique du réchauffeur 64 est dépensée pour le pompage du caloporteur condensé 13 de l'enceinte 52 de la chambre de condensation 53 dans la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 52. La partie principale du caloporteur vaporisé dans le condenseur 65 sous forme de vapeur arrive dans l'enceinte 52 de la chambre de condensation 53 où elle se condense en transmettant la chaleur latente de vaporisation à l'objet à
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chauffer 11. Le réchauffeur 64 fonctionne ensemble avec
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la soupape de vidange 69 en tant que pompe, à condition que la résistance hydraulique de la tubulure de liquide 68 au-dessus du condenseur 65 dépasse la résistance hydraulique de la tubulure de liquide 6a en dessous du condenseur 65 (figure 13).
On assure ainsi l'élévation de la fiabilité de fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur et l'élévation de l'isotherme de la chambre de condensation 53 en diminuant en même temps la hauteur requise de la disposition de la chambre de condensation 53 au-dessus de la chambre de vaporisation 1.
L'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 14 est destiné à transmettre la chaleur aux objets à chauffer qui nécessitent, d'après les conditions de leur fonctionnement, une variation fréquente de la puissance transmise. On assure ceci en équipant l'appareil d'une pièce intercalaire 71 en matériau capillaire poreux,
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entrant en contact avec la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1, décrite et désignée plus haut. La pièce intercalaire 71 est reliée rigidement à la tubulure de liquide 72 et empêche la vapeur de pénétrer dans celle-ci,
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depuis la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1.
La chambre de condensation 73 est réalisée sous forme d'une tubulure dans laquelle, dans la zone où est raccordée la tubulure de liquide 72, est montée une tubulure 14 destinée au remplissage de l'appareil par le caloporteur et à l'évacuation de gaz non condensable de l'ap- pareil.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur, représenté sur la figure 14, est décrit ci-dessus.
Le caloporteur condensé 13 s'écoule de la chambre
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de condensation 73 dans la tubulure de liquide 72 et, ayant traversé la pièce intercalaire 71 en matériau capillaire poreux, arrive dans la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1.
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Si, selon les conditions du fonctionnement de l'objet à chauffer 11, il faut faire varier brusquement, par exemple augmenter, la puissance calorifique fournie, en augmentant la puissance des sources de, chauffage 2, on provo-
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que l'ébullition du caloporteur 13 dans la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1 et l'élévation de la pression des vapeurs dans la zone de vapeur 4. La pièce intercalaire 71 empêche dans ce cas le caloporteur 13 de pénétrer de la zone de liquide 3 dans la chambre de condensation 73, à travers la tubulure de liquide 72, à la suite de la formation de la différence des pressions.
La pièce intercalaire 71 contribue également au démarrage accéléré de l'appareil de transmission de chaleur depuis l'état froid, en prévenant l'injection du caloporteur liquide dans la chambre de condensation.
La particularité de l'appareil de transmission de
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chaleur représenté sur les figures 15, 16 et 17 réside en une diminution de la hauteur à laquelle est disposée la chambre de condensation au-dessus de la chambre de vaporisation, et en une élévation de la fiabilité de fonctionnement de l'appareil lors du démarrage et pendant les régimes transitoires. On obtient ceci grâce au fait que la pièce intercalaire 71 en matériau capillaire poreux est réalisée sous forme d'une source de chauffage auxiliaire 75.
Comme source de chauffage auxiliaire, on peut utiliser, par exemple, des réchauffeurs électriques et des réchauffeurs à flamme de gaz.
La chambre de condensation 53 et la chambre de vapo-
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risation 1 de l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 15 sont analogues à la chambre de condensation 53 représentée sur la figure 12 et à la chambre de vaporisation 1 représentée sur la figure 1 respectivement, et sont désignées par les mêmes références.
La source de chauffage auxiliaire 75 est fixée
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d'une manière étanche dans les parois de la chambre de
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vaporisation 1 et est immergée partiellement dans la zone de liquide 3 de la chambre de vaporisation 1 (figures 15, 16, 17). La pièce intercalaire 74 en matériau capillaire poreux est réalisée sous forme d'une enveloppe qui re- couvre la source de chauffage auxiliaire 75. La tubulure de liquide 76 est introduite à l'intérieur de la pièce
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intercalaire 74 (figures 15, 16) et fixée rigidement à celle-ci.
La zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1 (figure 15) est reliée par la tubulure de vapeur 58 au creux 57 du tube 56. Une tubulure 14 est montée sur la chambre de condensation 55 pour le remplissage de l'appa- reil par le caloporteur et pour l'évacuation des gaz de celui-ci.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de
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chaleur, représenté sur les figures 15, 16 et 17 est décrit plus haut. On va examiner les particularités des processus intérieurs se déroulant dans l'appareil muni d'une pièce intercalaire 74 en matériau capillaire poreux.
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Si la pièce intercalaire 74 est réalisée comme pièce chauffée (figure 15), elle fonctionne en premier lieu en tant que dispositif interdisant le passage des vapeurs de caloporteur 13, depuis la zone de vapeur 4 immédiatement dans la tubulure de liquide 63, ainsi que l'injection du caloporteur 13 de la zone de liquide 3 dans l'enceinte de la chambre de condensation 53 pendant le démarrage de l'appareil de transmission de chaleur. En deuxième lieu, la pièce intercalaire chauffée 74 fonctionne aussi comme pompe qui transvase le caloporteur de la tubulure de li-
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quide 76 dans la zone de liquide 3 sous l'effet des forces capillaires de la pièce intercalaire 74.
Il convient de noter que plus le diamètre des pores du matériau de la pièce intercalaire 74 est petit, plus est grande la pression
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capillaire et plus est grande la différence des pressions entre la tubulure de liquide 76 et l'enceinte de la chambre de vaporisation 1, différence qui peut être surmontée grâce aux forces capillaires du matériau de la pièce intercalaire 74. Ainsi, si la pièce intercalaire 74 est réalisée comme pièce chauffée (figure 15), il faut ajouter aux avantages décrits ci-dessus de cet appareil le fait que les processus d'échange de chaleur et des masses pendant l'évaporation du caloporteur de la surface de la source de chauffage auxiliaire 75 sont sensiblement intensifiés.
Dans cette construction, les dimensions de la chambre de vaporisation 1 sont diminuées grâce au fait qu'on fait appel à une source de chauffage auxiliaire 74 de haute puissance et de petit encombrement. On a réduit, de plus, l'éventua-
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lité du surchauffage de la source de chauffage auxiliaire 75 grâce au fait que, en premier lieu, elle est mouillée par le liquide arrivant de la tubulure de liquide 76 dans la pièce intercalaire 74 (figure 16), et qu'en deuxième lieu, la pièce intercalaire 74 aspire le liquide de la zone de liquide 3 sous l'effet des forces capillaires car elle est immergée dans cette zone (figures 16 et 17).
En utilisant la pièce intercalaire 74 (figure 15) en matériau capillaire poreux, chauffée par une source de chauffage auxiliaire 75, on a réduit sensiblement la hauteur à laquelle la chambre de condensation 53 est disposée
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au-dessus de la chambre de vaporisation 1, on a élevé, par cela même, la fiabilité de fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur et on a amélioré ses performances relatives à l'encombrement et au poids.
L'appareil de transmission de chaleur représenté
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sur la figure 18 est destiné à chauffer des objets dont la longueur est de plusieurs dizaines de mètres, si l'on ne peut pas fabriquer l'appareil au voisinage immédiat de l'objet à chauffer. Dans ce cas, il est avantageux que la
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chambre de condensation 77 et les tubes 78 soient réalisés de pièces assemblées. La chambre de condensation 77 est constituée d'une conduite 79 et d'une conduite 80 et le tube 78 est composé d'un tube 81 et d'un tube 82. Les conduites 79 et 80 sont accouplées l'une à l'autre par un assemblage étanche 83 et les tubes 81 et 82 sont raccordés par l'assemblage 84 qui ne nécessite pas l'étanchéité.
Le creux 85 de la conduite 79 est raccordé par la tubulure de liquide 26 à la zone de vapeur 4 de la chambre de vaporisation 1 analogue à la chambre de vaporisation représentée sur la figure 4 et désignée par la même référence. Le creux 86 du tube 81 est relié par la tubulure de vapeur 25 analogue à la tubulure de vapeur 25 représentée sur les figures 4, 5, 6, 7.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 18 est analogue à celui de l'appareil représenté sur les figures 1, 2 et 4 à 7.
L'assemblage étanche 83 prévient la fuite de caloporteur 13 des enceintes intérieures de l'appareil de transmission de chaleur, de même que la pénétration de l'air ambiant à l'intérieur de l'appareil.
La figure 19 montre la construction de la jonction à la chambre de condensation 77 représentée sur la figure 18.
Des brides 87 munies d'un joint 88 sont montées sur la chambre de condensation 77, sur ses conduites 79 et 80, et un accouplement par assemblage fileté 89 est prévu pour raccorder les tubes 81 et 82. Il est également possible de raccorder les tubes 81 et 82 par un autre moyen, par exemple par frottement.
Le fonctionnement de l'appareil représenté sur la figure 19 est analogue à celui de l'appareil représenté sur la figure 18.
L'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 20 est destiné à l'utilisation pendant une
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longue période. A cet effet, il est pourvu d'une soupape 90 montée à l'endroit d'accumulation des gaz non condensables et destinée à l'évacuation périodique de ces gaz de l'appareil.
La chambre de condensation 53 et la chambre de va-
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porisation 1 de l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 20, sont analogues à la chambre de condensation 53 représentée sur la figure 10 et à la chambre de vaporisation 1 représentée sur la figure 1, res- pectivement, et désignées par les mêmes références.
La soupape 90 est montée sur le condenseur 91.
Le fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur représenté sur la figure 20 a été décrit ci-dessus.
Après l'exploitation de l'appareil de transmission de chaleur pendant une longue période, des gaz non condensables peuvent se former et s'accumuler dans celui-ci. Pendant que l'appareil est au repos, les gaz non condensables sont répartis régulièrement dans la phase vapeur du caloporteur à l'intérieur de l'appareil.
Du fait que, pendant le fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur, la phase vapeur se déplace continuellement de la chambre de vaporisation 1 dans la chambre de condensation 53, les gaz non condensables sont transportés dans la partie la plus éloignée, suivant le mouve-
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ment de la vapeur de la chambre de condensation 53, c'est- à-dire dans le condenseur 91. En ouvrant la soupape 90 pendant le fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur, on laisse échapper les gaz non condensables de l'appareil.
Au besoin, on ajoute le caloporteur 13 dans l'appa- reil de transmission de chaleur à travers la soupape 90.
L'efficacité de l'invention est prouvée par les exemples concrets suivants.
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Exemple 1
L'appareil de transmission de chaleur est utilisé
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pour le chauffage d'un aiguillage de chemin de fer de 6 m de longueur.
Les cotes d'encombrement de l'appareil de transmis-
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sion de chaleur sont les suivantes : - de la chambre de condensation 4, 5 m - extérieur de la chambre de condensation 0, 016 m - à laquelle est disposée la longueurchambre de condensation au-dessus de la zone de liquide de la chambre de vaporisation 0, 6 m
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- de la chambre de vaporisation en plan 0, 24 x 0, 33 D'autre part, on a : - des sources électriques de dimensionschauffage dans l'appareil de trans- mission de chaleur 2000 w - caloporteur acétone - quantité de caloporteur liquide dans
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l'appareil de transmission de chaleur 2, 5 litres Un aiguillage de chemin de fer a été muni de deux appareils de transmission de chaleur.
Les chambres de con- densation ont été placées dans l'espace entre le rail d'applique et la lame d'aiguille et serrées contre le rail d'applique par des organes de serrage.
La chambre de vaporisation enrobée d'un revêtement calorifuge et hydrofuge a été installée dans une cavité appropriée, dans l'espace entre les traverses de voie
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du coté de l'entrée dans l'aiguillage.
Les essais ont été effectués à la température de
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l'air ambiant, de lors d'une chute de neige de 100 à 150 mm de neige par jour. La vitesse du vent variait dans la plage de 5 à 10 mIs.
Avant la mise en action de l'appareil, l'aiguillage était couvert d'une couche de neige de 50 à 110 mm d'épasseur.
25 à 30 minutes après l'application de la tension électrique aux sources de chauffage, la neige a commencé à fondre entre le rail d'applique et la lame d'aiguille au voisinage immédiat de la chambre de condensation. A l'expiration d'une heure et dix minutes, l'espace entre la lame d'aiguille et le rail d'applique a été entièrement libéré de neige sur une longueur de 4, 5 m. La neige a fondu sur ladite longueur sur le rail d'applique lui-même et sur les parties métalliques au voisinage du rail d'applique.
La température du champignon du rail était de +50C à +12'C et la température de la surface de la chambre de condensation était de 90 à 920C, et on a observé pendant toute cette période une fonte active de la neige et l'évaportion de l'humidité résultant de cette fonte.
Au cours du fonctionnement de l'appareil de transmission de chaleur, on a réalisé les manoeuvres de l'aiguillage sans faire appel alors au travail manuel complémentaire du personnel préposé au nettoyage de la neige de la voie. A la fin de la chute de neige, les appareils de transmission de chaleur ont été mis au repos.
Exemple 2 L'appareil de transmission de chaleur pour le chauffage de locaux, par exemple de fermes d'élevage, a les carac- éristiques d'encombrement suivantes et autres ; - de la chambre de condensation 10, 5 m - extérieur de la chambre de condensation 0, 034 m - de jonctions sur la chambre de condensation 2 jonctions
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-50C à -70C- type des jonctions : brides d'un diamètre de ao mm munies d'un joint en Teflon
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- à laquelle est installée la chambre de condensation au-dessus de la zone de liquide de la chambre de vaporisation 0, 2 m - de la chambre de vaporisation 0, 25 m hauteur- hauteur de la chambre de vaporisation 0, 17 m - caloporteur acétone - quantité de caloporteur liquide 4, 5 litres - puissance des sources électriques de chauffage dans l'appareil de trans- mission de chaleur 2000 watts.
L'appareil de transmission de chaleur a été installé le long d'un mur d'un local à chauffer.
Onze minutes après la mise en action de l'appareil de transmission de chaleur, la température de la surface de la chambre de condensation était de 80"C et continuait à augmenter pendant une heure vingt minutes, l'écart par rapport à la température moyenne de la surface étant de
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au maximum. Une heure et demie après la mise en action de l'appareil de transmission de chaleur, la température de la surface de la chambre de condensation était de 1560C. Les écarts de température sur la longueur de la chambre de condensation n'ont pas dépassé ! et la température de l'air à l'intérieur du local était de 200e à 220C.