FR2500626A1

FR2500626A1 - Heat output evaporator for heat shared domestic central heating - uses volatile liq. which evaporates through channel having cross=section reduced by thermal expansion of second fluid

Info

Publication number: FR2500626A1
Application number: FR8103816A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-02-26
Filing date: 1981-02-26
Publication date: 1982-08-27

Abstract

The appts. is fixed to a radiator and indicates its heat output to attribute the heating cost in a building where all the flats are heated by a single boiler. A graduated tube is filled with a volatile liquid which evaporates to the air through a channel. A closed container, filled with another liquid, is connected through a pipe to a lower part of the evaporation channel. When the temp. exceeds a certain value, the second liquid enters a portion of the evaporation channel, due to thermal expansion, and decreases its section as the temp. increases. The volatile liq. is acetic acid.

Description

On connait des appareils dits "évaporateurs répartiteurs de frais de chauffage qui, installés au contact d'un radiateur alimenté par une chaudière collective, fournissent en fonction de la température de ce radiateur une indication mesurable ( basée sur la vitesse d'évaporation d'un liquide volatil ) servant de base pour déterminer la quote-part de ce radiateur dans le coût global du combustible consommé. We know devices called "evaporators distributing heating costs which, installed in contact with a radiator supplied by a collective boiler, provide a function of the temperature of this radiator a measurable indication (based on the evaporation rate of a volatile liquid) serving as a basis for determining the share of this radiator in the overall cost of the fuel consumed.

Les indications d'un tel appareil ne peuvent fournir une base équitable que dans la mesure où la vitesse d'évaporation suit, en fonction de la température de surface e du radiateur, une loi de la forme (e)- (0-0)t où rit est un exposant voisin de 1,3 et 0 une température conventionnelle d'ambiance raisonnable, voisine de 2O0C. Or, il n'existe pas de corps chimique dont la tension de vapeur W suive, en fonction de la température, une loi compatible avec l'expression t(6) dans toute la gamme de températures possibles pour un radiateur à circulation d'eau,qui va approximativement de 400C à 8O0C. The indications of such an apparatus can only provide a fair basis insofar as the rate of evaporation follows, as a function of the surface temperature e of the radiator, a law of the form (e) - (0-0) t where laughs is an exponent close to 1.3 and 0 a conventional reasonable ambient temperature, close to 2O0C. However, there is no chemical body whose vapor pressure W follows, as a function of temperature, a law compatible with the expression t (6) in the whole range of possible temperatures for a radiator with water circulation , which goes approximately from 400C to 8O0C.

Dans la partie haute de cette gamme, la pente de la courbe
w(S) est beaucoup trop forte par rapport à sa valeur dans la
partie basse.In the upper part of this range, the slope of the curve
w (S) is much too strong compared to its value in the
lower part.

La présente invention concerne un "évaporateur" perfectionné donnant, dans toute la gamme de températures indiquée ci-dessus, un débit qui suit avec un faible écart la loi trou
L'appareil suivant l'invention est constitué d'un tube gradué transparent fermé à son extrémité inférieure, contenant un liquide volatil dont les vapeurs suivent un certain circuit avant de s'échapper à l'air libre; ce circuit comporte une portion sensiblement horizontale constituant point bas par rapport à la partie qui la précède et à celle qui la suit.The present invention relates to an improved "evaporator" giving, throughout the range of temperatures indicated above, a flow rate which follows the hole law with a small difference
The apparatus according to the invention consists of a transparent graduated tube closed at its lower end, containing a volatile liquid, the vapors of which follow a certain circuit before escaping into the open air; this circuit comprises a substantially horizontal portion constituting a low point with respect to the part which precedes it and to that which follows it.

A cette portion basse est raccordée une tubulure descendante aboutissant à un réservoir étanche, rempli d'un liquide dit "correcteur" , d'une autre nature que le liquide évaporateur.To this lower portion is connected a downward pipe leading to a sealed reservoir, filled with a liquid called "corrector", of another nature than the evaporator liquid.

Tant que la température 6 de l'appareil est inférieure à un certain seuil i, les vapeurs volatiles s'échappent à l'air libre par un circuit dont les caractéristiques dimensionnelles restent invariables; mais, au dessus de la température g ,par effet de la dilatation thermique du liquide correcteur, ce dernier pénètre dans la portion basse du circuit et diminue la section de passage offerte à l'évacuation des vapeurs et, au fur et à mesure que la température s'élève, en restreint le débit; cet effet compense, IIoyennant un traça et un dimension- nement convenables du circuit, l'excès de débit imputable à l'allure des variations de U . As long as the temperature 6 of the device is below a certain threshold i, the volatile vapors escape to the open air through a circuit whose dimensional characteristics remain invariable; but, above the temperature g, by effect of the thermal expansion of the correcting liquid, the latter penetrates into the lower portion of the circuit and reduces the passage section offered for the evacuation of the vapors and, as the temperature rises, restricting the flow; this effect compensates for the excess flow attributable to the shape of the variations in U, by means of a suitable tracing and dimensioning of the circuit.

Cette augmentation locale de la résistance offerte à la diffusion des vapeurs volatiles ne peut donner un effet compensateur correct que si la résistance à la diffusion provenant des autres parties du circuit est un invariant : ce n'est pas le cas avec les évaporateurs actuellement connus dont le tube a une section très faible et où la résistance croit au fur et à mesure que baisse le niveau du liquide, ce qui nécessite une graduation non linéaire. Il est donc nécessaire, dans l'appareil suivant l'invention, de donner au tube gradué une section plus large et, corrélativement, d'utiliser un liquide plus volatil : celà permet une graduation quasi-linéaire. This local increase in the resistance offered to the diffusion of volatile vapors can only give a correct compensating effect if the resistance to diffusion from the other parts of the circuit is an invariant: this is not the case with the currently known evaporators whose the tube has a very small section and where the resistance increases as the liquid level drops, which requires a non-linear graduation. It is therefore necessary, in the apparatus according to the invention, to give the graduated tube a wider section and, correspondingly, to use a more volatile liquid: this allows a quasi-linear graduation.

Il est également nécessaire que le liquide régulateur soit non volatil, chimiquement neutre vis à vis du liquide évaporateur et non-solvant pour ses vapeurs. Dans un mode de réalisation avantageux, on utilisera le mercure; mais étant donnés son prix élevé et son faible coefficientde dilatation, on garnira le réservoir compensateur d'un liquide organique courant dont la dilatation sera transmise au circuit correcteur par l'intermédiaire d'une petite quantité de mercure qui sera seul au contact des vapeurs. It is also necessary that the regulating liquid is non-volatile, chemically neutral with respect to the evaporating liquid and non-solvent for its vapors. In an advantageous embodiment, mercury will be used; but given its high price and low coefficient of expansion, the compensating tank will be filled with a running organic liquid, the expansion of which will be transmitted to the correcting circuit by means of a small quantity of mercury which will be alone in contact with the vapors.

L'invention sera mieux explicitée, et certaines particularités mises en évidence par un exemple non limitatif de réalisation illustré par la Planche annexée sur laquelle -Fig.1 représente l'appareil en coupe verticale selon un plan passant par l'axe du tube évaporateur et par l'axe du réservoir (bien que, en fait, ces deux plans soient légèrement décalés)
- Fig.2 représente la coupe par le plan AA' de la pièce 20 qui se met en place dans le logement 4 de la Fig.1 ; 11 échelle de cette Fig. est dilatée environ dans le rapport 3/1 par rapport à la Fig.1.The invention will be better explained, and certain peculiarities highlighted by a nonlimiting example of embodiment illustrated by the appended Plate on which -Fig.1 represents the device in vertical section along a plane passing through the axis of the evaporator tube and by the axis of the tank (although, in fact, these two planes are slightly offset)
- Fig.2 shows the section through the plane AA 'of the part 20 which is placed in the housing 4 of Fig.1; 11 scale of this FIG. is expanded approximately in the ratio 3/1 compared to Fig. 1.

- Fig.3 est la coupe de la même pièce 20, à la même échelle que Fig.2 , suivant le plan BB'de cette Figure. - Fig.3 is the section of the same part 20, on the same scale as Fig.2, along the plane BB 'of this Figure.

Les valeurs numériques qui pourront etre données dans la description qui suit ne sont qu'approchées et non limitatives. The numerical values which could be given in the description which follows are only approximate and nonlimiting.

Le tube gradué 1 en verre, de 3 mm de diamètre intérieur, contient, comme liquide volatil 2 de l'acide acétique pur, qualité commerciale,avec un colorant non volatil; la graduation est linaire. L'extrémité supérieure du tube est raccordée de façon étanche au circuit d'évacuation des vapeurs dont l'enveloppe est constituée par un boitier 3 en matière plastique moulée; la partie terminale descendante 2 de ce circuit communique avec l'air libre par un étranglement 6 constitué par un tube d'acier calibré de 1 mm2 de section, analogue à ceux utilisés pour les aiguilles hypodermiques. The graduated glass tube 1, 3 mm inside diameter, contains, as volatile liquid 2, pure acetic acid, commercial quality, with a non-volatile dye; the graduation is linear. The upper end of the tube is tightly connected to the vapor evacuation circuit, the envelope of which is constituted by a casing 3 of molded plastic; the descending terminal part 2 of this circuit communicates with the open air by a constriction 6 constituted by a calibrated steel tube with a cross section of 1 mm 2, similar to those used for hypodermic needles.

La partie dont le rôle est de réguler le débit en fonction de la température se met en place dans un logement de forme parallélipipédique 4 venu de moulage avec le boitier 2; elle y est fixée rigidement sans jeu ni fuites. Cette partie régulatrice est une pièce 20 moulée sus pression avec la tolérance de 0,01 mm que l'on peut obtenir avec ce procédé de fabrication. The part, the role of which is to regulate the flow rate as a function of the temperature, is put in place in a housing of parallelepiped shape 4 molded with the case 2; it is rigidly attached to it without play or leaks. This regulating part is a part 20 molded under pressure with the tolerance of 0.01 mm which can be obtained with this manufacturing process.

Elle est représentée à plus grande échelle Fig.2 , suivant le plan de coupe AA' de la Fig,7, La coupe de la même pièce 20 suivant le plan BB' est donnée Fig.3
Les vapeurs émises par l'acide acétique pénètrent par la cheminée 21 et suivent, à l'intérieur de la pièce 20, un circuit enU 7 pour ressortir par la cheminée 22 qui aboutit à la partie 2 terminale du boitier 2 . L'élément de circuit 7 a 1 mm de large, 5 mm de haut et sa longueur totale développée est de 20 mm .Son étanchéité est assurée sur la face supérieure de la pièce 20 par un couvercle 18 qui s'emboite dans le boitier 2 et dont les dimensions sont suffisantes pour permettre la mise en place de la pièce 20 dans son logement 4; ce couvercle est pourvu, sur sa face interne, d'une garniture élastique d'étanchéité 23 . It is shown on a larger scale Fig.2, along the section plane AA 'of Fig, 7, The section of the same part 20 along the plane BB' is given Fig.3
The vapors emitted by acetic acid penetrate through the chimney 21 and follow, inside the part 20, a circuit in U 7 to exit through the chimney 22 which leads to the terminal part 2 of the case 2. The circuit element 7 is 1 mm wide, 5 mm high and its total developed length is 20 mm. Its sealing is ensured on the upper face of the part 20 by a cover 18 which fits into the case 2 and whose dimensions are sufficient to allow the establishment of the part 20 in its housing 4; this cover is provided, on its internal face, with an elastic sealing gasket 23.

Au point où le circuit 2 rebrousse, la pièce 20 est percée d'un orifice 8 qui est le débouché supérieur d'un petit conduit vertical venu de moulage avec la pièce 20; ce conduit sort sous le boitier 2; dans son prolongement se trouve un tube de faible section 2 qui plonge jusqu'au fond d'un réservoir étanche 10 de quelques cm3, rempli de toluène avec, en plus, une petite quantité de mercure, juste suffisante pour que le bssdu tube 2 y soit immergé.Une vis Il permet de faire varier la capacité du réservoir et de régler ainsi le niveau du mercure dans le tube 2
Entre le tube 2 et le conduit 8 est interposé un tube de verre 12 portant un repère gravé 13 ; en dessous de son extrémité supérieure, le tube 2 a un renflement 24
tour que, lors des manipulations, le mercure ne s'échappe pas, on désolidarise de l'appareil le sous-ensemble constitué par le réservoir 10, le tube 9 et le segment de tube de verre 12 et on obture ce dernier par un bouchon spécial.At the point where the circuit 2 turns back, the part 20 is pierced with an orifice 8 which is the upper outlet of a small vertical conduit molded with the part 20; this conduit exits under the housing 2; in its extension is a small section 2 tube which plunges to the bottom of a sealed tank 10 of a few cm3, filled with toluene with, in addition, a small amount of mercury, just sufficient for the bss of tube 2 to is immersed.A screw It allows to vary the capacity of the tank and thus to regulate the level of mercury in the tube 2
Between the tube 2 and the conduit 8 is interposed a glass tube 12 carrying an engraved mark 13; below its upper end, the tube 2 has a bulge 24
so that, during handling, the mercury does not escape, the subassembly consisting of the reservoir 10, the tube 9 and the segment of glass tube 12 is separated from the apparatus and the latter is closed by a plug special.

L'appareil fonctionne de la façon détaillée ci-dessous les variations de la tension de vapeur Z de l'acide acétique avec la température sont telles que, entre 400 et 550C environ, le débit de vapeurs suit la loi t (e) avec un écart assez faible pour que l'intervention du dispositif correcteur ne soit pas nécessaire; le réglage est donc fait ( on verra comment ) de sorte que le mercure ne pénètre pas dans le circuit2 en dessous de cette température.Au dessus de 550C le mercure se répand dans la partie basse du circuit 7 et diminue phogres- sivement sa section de passage, jusqu'à la réduire au 1/3 environ de sa valeur initiale pour 80 C, ce qui maintient le débit
de vapeurs dans des limites cmnvenables. The apparatus functions in the detailed manner below the variations of the vapor pressure Z of acetic acid with the temperature are such that, between approximately 400 and 550C, the flow of vapors follows the law t (e) with a deviation small enough that intervention by the corrective device is not necessary; the adjustment is therefore made (we will see how) so that the mercury does not enter the circuit2 below this temperature. Above 550C the mercury spreads in the lower part of the circuit 7 and decreases its cross section passage, until reducing it to about 1/3 of its initial value for 80 C, which maintains the flow
vapors within acceptable limits.

Le réglage initial de l'appareil se fait comme suit : après avoir injecté dans le réservoir 10 par le trou de remplissage 19 des quantités bien déterminées de mercure et de toluène et vidé l'air avec la vis 11, on obture le trou 19 et on raboute au reste de l'appareil,puis on agit sur la vis Il pour amener le niveau du mercure sur le repère 13 : c'est à ce niveau que devra affleurer le mercure pour une température déterminée, 4500 par exemple. Connaissant la température du local où il opère, le régleur sait, par un tableau, de combien de tours il devra dévisser la vis Il pour que le réglage soit correct. The initial adjustment of the apparatus is done as follows: after having injected into the reservoir 10 through the filling hole 19 well-determined quantities of mercury and toluene and emptied the air with the screw 11, the hole 19 is closed and we join the rest of the device, then we act on the screw II to bring the level of mercury to the mark 13: it is at this level that the mercury will have to be flush with the surface for a determined temperature, 4500 for example. Knowing the temperature of the room where it operates, the adjuster knows, by a table, how many turns he will have to unscrew the screw II for the adjustment to be correct.

Le même processus vaut pour les réglages après-vente. The same process applies to after-sales settings.

Pour les radiateurs installés dans des locaux exigus et mal ventilés, l'odeur vinaigrée des vapeurs acétiques peut être mal supportée : il suffit alors dé faire déboucher le tube 6 dans une cartouche garnie de craie en gros grains, efficace pendant un long délai. For radiators installed in cramped and poorly ventilated rooms, the vinegar-like odor of acetic vapors can be badly tolerated: it suffices to unblock tube 6 in a cartridge filled with coarse-grained chalk, effective for a long time.

Le préposé à la surveillance de cet appareil peut refaire le plein sans le retirer de son emplacement : l'extrémité inférieure du tube 1 est fermée par un bouchon élastique 16 percé d'un orifice dilatable qui permet d'introduire la pointe d'une seringue et se referme après,par auto-serrage. L'acide acétique ayant une faible tension superficielle pourrait suinter par l'orifice refermé; mais le fond du tube contient une petite quantité de mercure 17 qui ne peut franchir ce passage. The supervisor of this device can refuel without removing it from its location: the lower end of the tube 1 is closed by an elastic plug 16 pierced with an expandable orifice which makes it possible to introduce the tip of a syringe and closes afterwards, by self-tightening. Acetic acid with low surface tension could ooze through the closed hole; but the bottom of the tube contains a small amount of mercury 17 which cannot pass through this passage.

Tout l'exposé a été fait en supposant que la température de l'appareil était égale à celle 0 du radiateur; en fait, elle lui est inférieure, et de la forme #'= α # + (1-α)#0,
le coefficient α étant un peu inférieur à 1 . On peut considérer qu'un assortiment de 5 valeurs échelonnées pour i couvre sans erreur prohibitive la totalité des cas. Pour chacune de ces 5 valeurs, l'adaptation de l'appareil s'opère ainsi
10 / On modifie, de fabrication, la valeur de la dilatation du du liquide du réservoir en y introduisant, avant remplissage, une bille métallique de grosseur convenable : le réservoir reçoit une des cinq marques distinctives.All the presentation was made assuming that the temperature of the device was equal to that of the radiator; in fact, it is lower, and of the form # '= α# + (1- α)# 0,
the coefficient α being a little less than 1. We can consider that an assortment of 5 scaled values for i covers without prohibitive error all the cases. For each of these 5 values, the adaptation of the device operates as follows
10 / The manufacturing value of the expansion of the liquid in the reservoir is modified by introducing, before filling, a metal ball of suitable size: the reservoir receives one of the five distinctive marks.

20 / Le régleur change la valeur de G, : au lieu d'un tableau à une seule colonne, il en a un de cinq colonnes. 20 / The adjuster changes the value of G,: instead of a single column table, there is one of five columns.

Claims

1 / Apparatus intended to determine the share of collective heating costs attributable to a radiator on which the apparatus is installed, characterized in that it comprises on the one hand, a graduated tube (1) containing a volatile liquid ( 2) whose vapors escape to the open air by traversing a certain circuit and, on the other hand, a closed capacity (10) filled with another liquid and connected by a pipe (9) at a certain low point (8) of the vapor evacuation circuit so that, above a determined value of temperature, the second liquid spreads, by thermal expansion, in a portion (7) of the vapor evacuation circuit and decreases the cross section thereof in an increasing proportion with the temperature, the evacuation circuit of the vapors being trqcé so that the portion (7) narrowed by the overflow is well delimited.

2 / Apparatus according to claim 1, characterized in that, on the one hand, the bottom of the capacity (10) containing the expandable liquid is occupied by mercury and, on the other hand, the beginning of the piping (9 ) bringing the liquid overflow into the vapor evacuation circuit (7) opens into the part occupied by the mercury, so that the volatile vapors are in contact with the mercury only, 3 / Device according to one of claims 1 or 2 using acetic acid as volatile liquid.

4 / Apparatus according to one of claims no. 1,2 or 3 in which a portion (12) of the piping (9) supplying the expandable liquid to the vapor evacuation circuit is made of pransparent material, with a traced mark ( 13) 5 / Apparatus according to one of claims No. 1,2,3 or 4 wherein the capacity (10) containing the expandable liquid is equipped with adjustable means (11) for producing small variations in its internal volume.

6 / Apparatus according to one of claims no 1,2,3,4 or 5 wherein the tube (1) of volatile liquid is closed at the bottom by an elastic plug (16) pierced with a hole allowing the introduction of a syringe and closing after self-tightening and, on the other hand, this tube contains, at the bottom, a small amount of a liquid immiscible with volatile liquid and non-wetting.

7 / Apparatus according to one of claims No. 1,2,3,4,) or 6 wherein the evacuation of volatile vapors results in a container open to the air and containing a granulated solid body absorbing these vapors by reaction chemical, this container being removable and replaceable.

8 / Apparatus according to one of claims 1,2,3,4,5,6 or 7 characterized in that one places, manufacturing, elements of a determined volume of a material with low coefficient of expansion in the capacity allocated to the expandable liquid, the result being to decrease the volume offered to the expandable liquid.