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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.
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Description attached to a request for
BELGIAN PATENT filed by: INSTITUT TEPLO- I MASSO OBMENA IMENI A.V.
LYKOVA AKADEMII NAUK BELORUSSKOI SSR having for object: Heat transmission device Qualification proposed: PATENT OF INVENTION
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Priority of a patent application filed in the USSR on December 15, 1982 under the nO Inventors: LEONARD LEONIDOVICH VASILIEV, VLADIMIR GRIGORIEVICH KISELEV, VALERY ANDREEVICH MORGUN, ANATOLY MIKHAILOVICH MARCHENKO, EVGENY ANATOLIEVICH RUDNEVE NICHRICH NICHOLYRUICHYRICHARD, , VLADIMIR MIKHAILOVICH BOGDANOV, MIKHAIL IVANOVICH RABETSKY
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The present invention relates to thermotechnics and in particular relates to heat transmission devices.
The invention can be applied with minimal success in the rail transport service for heating railroad switches, cabins
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means of transport and wagons of electrified railways.
In addition, the invention can be applied in a whole series of branches of industry such as: chemical, medical, microbiological branches where the variations in the temperature of the heating surface are limited by severe technological requirements, as well as for heating of temporary accommodation, mobile homes, used for example during construction
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communication routes and gas and oil pipelines as well as for heating livestock premises.
There is known a heat transmission device described in the patent of the United States of America No.
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3 986 550, which can be used as a heater and as a heat dissipation device in the event of objects cooling.
The known apparatus used for the transmission of heat comprises a vaporization chamber and a condensation chamber executed in the form of reservoirs, the enclosure of the vaporization chamber, which comprises a zone
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of liquid and a vapor zone, being put in communia-
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tion with the enclosure of the condensation chamber by a
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steam passage manifold and by liquid passage manifold. In order to simplify the description which follows, the pipes mentioned will be called steam pipes and liquid pipes, respectively.
When heat attacks the vaporization chamber, the liquid coolant vaporizes. The coolant vapors arrive through the steam pipe in the condensation chamber where they condense, yielding
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the latent heat of vaporization to an object. The condensed heat carrier flows along the liquid tubing to the vaporization chamber.
Since, in the known heat transmission apparatus, the condensation chamber is executed in the form of a tank in which the ratio of length to diameter is close to unity, the use of this apparatus is proves impossible for the heating of objects of great extent, arranged horizontally.
A heat transfer device is known, described in the article by E. W. Saaski, J. C. Hartl, n A High Performance Competitor Flow Heat Pipe for Heat Recovery Applications ", AJAA Piper, 1980, v. 1508.
The known heat transfer device can be used for heating large objects, arranged vertically or with a positive inclination relative to the horizontal. -
The known heat transfer device comprises a vaporization chamber, the enclosure of which includes a
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vapor zone and a liquid zone, and a condensation chamber executed in the form of a pipe, in which is mounted a partition along its longitudinal axis, which serves to direct the vapor in the direction of the enclosure of the condensation and to recycle the condensed liquid in the vaporization chamber.
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The enclosure of the condensation chamber is linked to the vaporization chamber by the liquid tubing placed below the level of the liquid coolant.
In the known device, the coolant vapors rise from the vaporization chamber and arrive in the condensation chamber where they condense again by circulating along the longitudinal partition. The largest portion of the condensed coolant returns according to the
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liquid tubing, in the top-down direction, in the condensation area.
The known device can only be used for heating objects of a sufficiently large extent if it is arranged vertically or else with positive angles of inclination with respect to the horizontal, because this provision ensures a fairly reliable recycling of the coolant condensed in the condensation chamber, under the effect of gravity. However, if this device is inclined with respect to the horizontal from negative angles, when the vaporization chamber is placed higher than the condensation chamber, the apparatus is generally not able to operate because the coolant liquid flows into the condensation chamber, and the vaporization chamber is dried up.
The operating efficiency of this horizontally arranged device is not high since, in this case, firstly, only a certain part of the interior surface of the vaporization chamber is covered with liquid coolant, which leads to the reduction the heat output supplied to the vaporization chamber; secondly, the liquid coolant covers part of the heat transmission surface in the condensation chamber with a thick layer, which also results in a reduction in the calorific power.
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In addition, if the device is arranged horizontally, increasing the length of the condensation zone, the diameter of which is small, leads to a stagnant zone being formed in the end of the condensation chamber. opposite the vaporization chamber. As a result, the cold liquid coolant which does not participate in the vaporization and condensation process will accumulate in the stagnant area. For this reason, the heat transmitting apparatus just discussed above does not
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can be used only for objects of a short length arranged horizontally, the transmitted calorific power being weak.
The disadvantage of the known device lies in that it cannot be used for heating large objects arranged horizontally.
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There is known a heat transmission described in the patent of the United States of America No.
4,050,509, which can be used to heat the track platform using energy from the sun.
The known heat transmission apparatus comprises an apparatus for a vaporization chamber provided with at least one heating source. The enclosure of the vaporization chamber is
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divided into a liquid zone and a vapor zone.
The condensation chamber is arranged below the vaporization chamber and is executed in the form of a pipe in the hollow of which is disposed a tube along its longitudinal axis, the hollow of which is linked to the enclosures of the condensation chamber and of the vaporization chamber. This tube is used to bring steam into
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the enclosure of the condensation chamber and to recycle the condensed liquid in the enclosure of the vaporization chamber.
The known heat transfer apparatus operates in the following manner. When the vapor chamber
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rization is attacked by heat, the liquid coolant
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evaporates and passes through it into the chamber of the condensation chamber. In the enclosure of the condensation chamber, the coolant vapors condense and the latent heat of vaporization is transmitted to an object to be heated. The process of transmitting heat to the object to be heated occurs until the moment of vaporization.
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total risation of the liquid coolant in the vaporization chamber and of the pressure drop therein.
From this moment, the heat is no longer transmitted to the object to be heated and the liquid coolant begins to flow under the effect of the pressure of the enclosure of the condensation chamber, in the vaporization chamber, depending on the tube lowered below the level of the liquid coolant.
This process occurs thanks to an excess pressure of the non-condensable gases in the enclosure of the condensation chamber. As the liquid coolant returns to the vaporization chamber under the effect of the pressure, the pressure in the condensation chamber decreases and that in the vaporization chamber increases as a result of the vaporization of the liquid coolant which therein
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arrived. As soon as the pressure in the vaporization chamber becomes higher than that in the condensation chamber, the process of transmitting heat to the object to be heated is interrupted. The device in question can only operate in the position in which its condensation chamber is arranged vertically or inclined at angles close to the vertical.
In the case where the condensation chamber is arranged horizontally, its heat transmission surface decreases notably because only the upper half of the condensation chamber can be heated, since the lower part of the latter will be filled with liquid coolant for the entire period of operation.
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As a result, the calorific power transmitted to
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the object to be heated decreases. In addition, the need to reduce the speed of the vapor current in the tube to the values at which the liquid coolant can flow from the condensation chamber into the vaporization chamber by gravity also leads to a reduction in the calorific power. transmitted.
It follows that the known heat transmission device is also characterized by a drawback which
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consists in that this device cannot heat objects arranged horizontally, of great extent, when the value of the transmitted calorific power is a few kilowatts, and the ratio of the length of the condensation chamber to its diameter is relatively important and is between 200 and 400 and more
It has therefore been proposed to develop a heat transmission device which would heat the extended objects mounted substantially horizontally, thanks to the constructive construction of the connection of the condensation chamber with the vaporization chamber.
The problem posed is solved using a heat transmission device comprising a vaporization chamber provided with at least one heating source, the enclosure of said chamber being divided into a zone of
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liquid and in a vapor zone, and a condensing chamber executed in the form of a pipe in the hollow of which is arranged a tube along its axis
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longitudinal, the hollow of which is placed in communication with the enclosures of the condensation chamber and of the vaporization chamber, and serves to bring the vapor into the enclosure of the condensation chamber and to recycle the condensed liquid in the enclosure of the vaporization chamber, characterized, according to the invention, in that provision has been made,
to connect the enclosure of the condensation chamber and the
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hollow of the tube at the enclosure of the vaporization chamber, at least two tubes: a vapor tube and a liquid tube, one of which being connected to the vapor zone of the vaporization chamber and the other to the liquid zone of the vaporization chamber, the condensation chamber being mounted in this case essentially horizontally along an object to be heated, by which the condensation of the coolant vapors is ensured along the entire length of the condensation chamber and, respectively, a constant temperature along the entire surface of the condensation chamber. By circulating by
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the condensation chamber, the vapor current which condenses there carries with it the film and the drops of condensed coolant.
From the condensation chamber, the liquid coolant flows through the liquid tubing to the vaporization chamber.
The movement of the vapor stream and the vapor-liquid stream inside the heat transfer device causes losses of the pressure they spend to overcome local resistances and resistances along the length. To overcome these resistances, the currents consume an insignificant part
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of the energy of the steam generated in the vaporization chamber by the heating sources, which is again transformed into thermal energy.
The pressure loss is compensated for by the column of liquid coolant in the liquid pipe, maintained by said difference in pressures.
The operation of the transmission device
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heat is also guaranteed in the case where the condensation chamber is inclined with respect to the horizontal at a negative angle.
When developing a design for the heat transfer device that operates in the
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editions in which the heat is given up in a regular way or varies slightly, depending on the length of the
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condensation chamber, it is advantageous that the hollow of the tube is, using a steam pipe, connected to the vapor zone of the vaporization chamber and that the enclosure of the condensation chamber is placed in communication , through a liquid tubing, with the liquid area of the vaporization. By circulating through the hollow of the tube towards the enclosure of the condensation chamber, the vapor current carries the film and drops of the condensed coolant which then flows through the liquid tubing towards the liquid zone of the vaporization chamber.
By condensing in the hollow of the tube, the vapor transfers the latent heat of vaporization, through the wall of the tube, the enclosure and the wall of the chamber chamber of condensation, to the object to be heated. The remaining part of the heat transfer vapor emerges from the tube into the enclosure of the condensation chamber where it condenses, yielding the latent heat of vaporization, through
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towards the wall of the condensation chamber, to the object to be heated. In this case, the isotherm of the wall of the condensation chamber is ensured when the thermal current yielding the heat is regular or varies little. By varying
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the diameter of the tube and the diameter of the condensation chamber, a ratio of the sections of said elements is chosen which ensures the maximum difference in pressures in the heat transmission apparatus.
In the heat transfer device, the operating regime of which is characterized by large variations in the heat flow transmitted along the length
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of the condensation chamber, it is advantageous that the hollow of the tube is connected by the liquid tubing to the liquid zone of the vaporization chamber and that the enclosure of the condensation chamber is pooled.
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cation, through the steam manifold, with the vapor area of the vaporization chamber.
Since the vapor arrives from the vapor zone of the vaporization chamber immediately within the enclosure of the condensation chamber, the transmission of heat from the condensing vapor to the object to be heated occurs immediately through the wall of the condensation chamber, the thermal resistance being relatively low.
It follows that the variant under consideration of the construction of the heat transmission apparatus has sufficient isothermia at large quantities of heat extracted from certain places along the length of the condensation chamber.
If it is desired to create a reliable, easy to manufacture and robust in use construction of the heat transfer device, it is advantageous to arrange the steam pipe inside the liquid pipe in which is mounted a partition that separates, from the
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vapor zone of the vaporization chamber, in the liquid zone from which the two tubes descend, the coolant flowing from the condensation chamber. In this construction, the number of vacuum-tight welding seams has been considerably reduced.
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In the case of the development of long heat transmission apparatuses used in the open air and which may undergo occasional mechanical actions, it is advantageous that the steam pipe is arranged inside the liquid pipe.
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According to one of the variations of the construction, it is advantageous for the partition separating, from the vapor zone, the coolant emerging from the enclosure of the condensation zone, to be constituted by a half-ring closing the spacing annular between the walls of the tubing
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vapor and the liquid tubing through which returns the condensed coolant in the vaporization chamber and by the plates closing the longitudinal spacings between said walls of the tubing, the ring and the plates
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ques being mounted relative to each other at an angle.
This reduces the number of materials needed and improves the technology of assembly and assembly work.
In order to increase the reliability of the operation and to widen the adjustable range of the transmitted thermal loads, the heat transmission apparatus has been provided with a condenser whose enclosure includes a vapor zone and
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a liquid zone and is linked to the enclosure of the condensation chamber and communicated by the liquid tubing to the liquid zone of the vaporization chamber. In this case, the condenser is provided with a tube for filling the vaporization chamber of the coolant and evacuating the non-condensed gases from the device.
Thanks to the fact that the conventionally accepted "liquid-vapor" interface is moved from the enclosure of the condensation chamber into the enclosure of the condenser,
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the speed of the vapor current has been increased over the entire length of the condenser enclosure.
According to one of the embodiments of the heat transmission device, the condenser is mounted immediately.
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ment on the condensation chamber, whereby the heat given off by the condenser can be immediately transmitted to an object to be heated.
It is also advantageous that the condenser is placed immediately on a liquid pipe when it is not desirable, from the construction point of view or according to the conditions of use of an object to be heated, to bring to it ci the heat of the auxiliary condenser.
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In order to more efficiently dissipate the heat from the condenser, the latter is produced with an external fin.
According to one of the variant embodiments of the heat transmission device, an auxiliary heater is housed in the vapor zone of the condenser and a drain valve is mounted at the outlet of the liquid pipe in the liquid zone, which ensures safe emptying of the condensed liquid from the enclosure of the condensation chamber into the enclosure of the vaporization chamber, in the case where the height of the liquid tubing is reduced.
In order to speed up the start-up process and to increase the operating reliability of the heat transmission device, it has been provided with a part
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interlayer made of porous capillary material, which comes into contact with the liquid zone of the vaporization chamber, is rigidly linked to the liquid tubing and prevents vapor from entering it from the vapor zone of the vaporization chamber. The insert of porous capillary material is used to prevent the liquid from bursting during periods of
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starting from the liquid area of the vaporization chamber through the liquid tubing in the condensation chamber.
According to one of the construction variants of the heat transfer device, the intermediate piece is heated using an auxiliary heating source.
The advantage of using this constructive solution
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is based on the fact that, in the first place, the heat and mass exchange can be considerably increased during the evaporation of the liquid from the surface of the auxiliary heating source, the space requirement of which is considerably reduced ; second, we reduce the size
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of the vaporization chamber and the height at which the condensation chamber is disposed above the vaporization chamber is reduced.
In order to improve the manufacturing technology, to make more convenient the transport and the assembly of the heat transmission device whose condensation chamber is several tens of meters, its tube is also produced by assembling several parts.
According to one of the alternative embodiments of the apparatus
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reil, the flanges were placed with a seal at the place of assembly to the condensation chamber and a coupling by threaded assembly to the tube, thus ensuring the tight assembly of the condensation chamber and the tight assembly. of the tube without reducing the cross section of said tube and of the enclosure of the condensation chamber.
Since the cost of the transmission device for
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is higher than that of the short heat exchange tubes, and also in order to simplify the process of filling with liquid and periodic evacuation of the non-condensable gases from the apparatus, a valve mounted therein is provided. place of accumulation of non-condensable gases.
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The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear best in the light of the explanatory description which will follow of various embodiments given solely by way of nonlimiting examples, with reference to attached drawings in which: - Figure 1 shows an overview of a heat transmission device according to the invention, in longitudinal section;
- Figure 2 is a section along line II-II lade of Figure 1; - Figure 3 shows in longitudinal section a
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overview of one of the embodiments of the heat transmission apparatus according to the invention; - Figure 4 shows in longitudinal section an overview of another embodiment of the heat transmission device according to the invention; - Figure 5 is a section along the line V-V of Figure 4; - Figure 6 is a section along line VI-VI of Figure 4;
- Figure 7 is a section along the line VII-VII of Figure 4; - Figure 8 also shows, in longitudinal section, an overview of one of the embodiments of the heat transmission device according to the invention; - Figure 9 also shows, in longitudinal section, an overview of one of the embodiments of the heat transmission apparatus; - Figure 10 also shows, in longitudinal section, an overview of the heat transmission device according to the invention, in one of the embodiments;
- Figure 11 shows in longitudinal section an overview of one of the embodiments of the heat transmission device according to the invention; - Figure 12 shows in longitudinal section an overview of one of the embodiments of the heat transmission device according to the invention; FIG. 13 also shows, in longitudinal section, an overall view of one of the embodiments of the heat transmission device according to the invention;
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- Figure 14 also shows, in longitu section-
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dinal, an overview of one of the embodiments of the heat transmission apparatus according to the invention; - Figure 15 shows in longitudinal section a
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overall view of the heat transmission device according to the invention;, - Figure 16 is a section along the line XVI-XVI of Figure 15; - Figure 17 is a section along the line XVIIXVII of Figure 15;
- Figure 18 also shows, in longitudinal section an overview of an embodiment of the heat transmission apparatus according to the invention; - Figure 19 is a view along the line XIX-XIX of Figure 18; - Figure 20 shows in longitudinal section an overview of the heat transmission device according to the invention.
The heat transfer device shown in
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Figures 1 and 2, for example for heating railroad switches, comprises a vaporization chamber 1 provided with two heating sources 2, for example electric heaters fixed in a sealed manner in the walls of the spray 1.
As heating source 2, it is possible to use, in addition to the electric heaters, also other heaters, for example gas flame heaters.
The enclosure of the vaporization chamber 1 comprises
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a liquid zone 3 and a vapor zone 4. Above the vaporization chamber 1 is mounted a condensation chamber 5 executed in the form of a pipe. A tube 7 with a hollow or cavity 8 is mounted in the condensation enclosure 6 of the condensation chamber 5. This tube 7
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is used to bring the vapor into the enclosure 6 of the condensation chamber 5 and to recycle the condensed liquid in the enclosure of the vaporization chamber 1.
According to the invention, the heat transmission device comprises two pipes: a steam pipe 9 and a liquid pipe 10 (Figure 2) which passes between two heating sources 2. Depending on the shape of an object to 11 (figure 1) and the general organization diagram which determines the layout of the vaporization chamber 1, the liquid line 10 can also be installed in other places in the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1. Using a steam pipe 9, the steam zone 4 of the vaporization chamber 1 is connected. 8 of the tube 7. The edge of the tube 7, steam pipe 9, is closed by a plug 12.
The steam pipe 9 is connected to the side wall of the tube 7, engaged through the side wall of the condensation chamber 5, and connects the hollow 8 of the tube 7 to the steam zone 4 of the vaporization chamber 1.
The liquid zone 3 of the vaporization chamber 1 is connected by the liquid tubing 10 to the enclosure 6 of the condensation chamber 5. In the description which follows, the reference 5 may designate both the condensation chamber and the conduct. The hollow 8 of the tube 7 is connected to the hollow 6 of the pipe 5. The tube 7 is housed coaxially with the condensation chamber 5. The condensation chamber 5 is arranged essentially horizontally along an object to be heated 11. If the object to be heated 11 is a railroad switch, the condensation chamber 5 is mounted between the rail and the needle blade of the railroad switch and is clamped by special clamping means , against the base of the wall rail.
The number of heating sources 2 is chosen in
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starting from the necessary heat capacity transmitted to the object to be heated 11 and the size of the vaporization chamber 1. The vaporization chamber 1 is partially filled with a liquid coolant 13 (Figure 2). On the condensation chamber 5, in the area where the liquid tubing 10 is incorporated therein, a tubing 14 (FIG. 1) has been mounted by which the heat transfer device 13 is filled with heat, and at through which the non-condensable gases escape.
Said tubing must be mounted in the most likely place of accumulation of non-condensable gases.
All variants of the heat transfer device shown in Figures 1 and 2 operate as follows.
After switching on the heating sources 2, the coolant 13 heats up in the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1. The liquid coolant 13 evaporates by moving in the direction indicated by the arrow and its vapors are directed along arrow "b" steam zone 4 of the vaporization chamber 1 and then pass through the steam tube 9 and arrive in the hollow or cavity 8 of the tube 7. By partially condensing, the vapor current passes through the hollow 8 of the tube 7 and appear in the condensation chamber 5. In the enclosure 6 of the pipe 5, the vapor current condenses entirely.
Since the transmission of the condensing vapor in the enclosure of the tube 7, to be heated 11, takes place through a spacing between the outer wall of the tube 7 and the inner wall of the condensation chamber 5 which has a large thermal resistance, and as the main vapor current condenses in the enclosure 6 of the pipe 5, the condensation chamber 5 has a high isotherm. From the enclosure 6 of the pipe 5, the condensed coolant 13 returns by
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hollow gravity, according to the arrow no, along the tubing of
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liquid 10, in the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1.
By circulating through the hollow or cavity 8 of the tube 7 and the hollow 6 of the pipe 5, the current of condensed vapor acts on the film and with drops of coolant condensed in said hollow, and conveys them to the liquid tubing 10 During operation
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of the heat transfer device, a difference in pressures is formed between the vapor zone 4 of the vaporization chamber 1 and the hollow or cavity of the pipe 5. It is equal to the summed losses of the pressure, due to friction and local resistances to the movement of steam and the vapor-liquid mixture inside the device.
It is thanks to this difference in pressures, formed during the operation of the device, that it
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forms, in the liquid tubing 10, a column of coolant, the height of which is equal to the ratio of the summed losses of the pressure to the specific weight of the coolant in the vaporization chamber 1. Thus, the height of
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the heat transfer column 13 in the liquid pipe 10 and, respectively, the height of the liquid pipe 10, depend on the difference of the pressures inside the heat transmission apparatus.
A certain part of the potential energy of the vapor produced in the vaporization chamber 1 is expended for the transport of the vapor and the liquid vapor mixture inside the heat transfer device.
This energy is again transformed into thermal energy which is also transmitted to the object to be heated 11.
Analysis of the thermal and hydrodynamic processes of the operation of the heat transmission device
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showed that this device can operate in a wide range of variation of the tilt angles as long
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positive than negative under which the condensing chamber
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tion 5 is arranged relative to the horizontal. By suitably choosing the height of the liquid tubing 10, the surface of the cross section of the hollows 8 and 6 of the tube 7 and of the pipe 5, and their ratios, the heat transmission device ensures the transmission heat flows of several kilowatts to the objects to be heated 11 arranged horizontally, the length of which is several tens of meters.
The evacuation of the coolant 13 from the manifold
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liquid 10 takes place towards the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1, for example between the heating sources 2.
Since, in the heat transfer apparatus, the length of the condensation chamber 5 significantly exceeds the linear dimensions of the vaporization chamber 1, the operating capacity of the apparatus
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reil which depends, to a large extent, on the condition according to which the non-condensable gases must be evacuated entirely from its interior enclosures, is determined by the place where the tubing 14 is disposed through which the non-condensed gases condensable.
The apparatus, shown in FIGS. 1 and 2, is intended to transmit heat to the object to be heated 11 when the transmitted calorific power must be distributed regularly along the length of the condensation chamber 5.
FIG. 3 illustrates a heat transmission device, intended to transmit heat to an object to be heated 11 (not shown in the figure) when the transmitted calorific power varies appreciably along the length of the condensation chamber 15.
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The condensation chamber 15 is executed in the form of a pipe in the hollow or cavity 16 of which is
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mounted a tube 17 having a recess 18 placed in communication with the recess 16 of the condensation chamber 15.
The vaporization chamber of the heat transmission device shown in Figure 3 is similar
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to that illustrated in Figure 1 and is designated by the same references.
The recess 18 of the tube 17 is placed in communication with the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1 by means of a liquid tubing 19. The recess 16 of the condensation chamber 15 communicates with the vapor zone 4 of the vaporization chamber 1 by means of the vapor tube 20, connected, through the side wall of the condensation chamber 15, to its hollow or cavity 16.
Taking into account the internal processes which take place in the condensation chamber 15, it is advantageous that the tube 17 is mounted on the lower generator of the condensation chamber 15 (not shown in the figure).
The apparatus, illustrated in Figure 3, operates as follows.
The coolant vapors 13 formed in the vaporization chamber 1, the operation of which is described below.
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above, arrive via the steam pipe 20 in the hollow 16 of the condensation chamber 15. The heat transmission of the coolant vapors 13 which condense, to the object to be heated 11, occurs in the space between
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the wall of the tube 17 and the inner wall of the condensation chamber 15, at low thermal resistance. By the vapor current, the film of condensed coolant
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13 is transported along the recess 16 from which the condensed coolant 13 arrives in the recess 18 of the tube 17 and, then, passes through the liquid pipe 19 and appears in the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1.
In the case where the heat flows transmitted by the condensation chamber 15 to the object to be heated 11 are
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large, the consumption of condensed coolant flowing from the hollow 16 of the pipe into the hollow 18 of the tube 17 increases. In this case, by placing the tube 17 on the lower generator of the condensation chamber 15 and thereby suppressing the formation of the condensed coolant zone 13, reliable and continuous operation of the transmission device is ensured. heat.
The heat transmission device, shown in FIG. 4, is intended for heating objects which operate under operating conditions in which the elements of the device can be damaged mechanically (by blows, vibrations, etc. .).
The vaporization chamber 1 of the heat transmission device shown in Figure 4 is similar to the vaporization chamber 1 shown in Figure 1 and is designated by the above references.
The condensation chamber 21 is executed in the form of a pipe in the hollow or cavity 22 of which is housed a tube 23 whose hollow 24 is connected to the hollow 22 of the condensation chamber 21 which can conventionally be called pipe 21 .
The apparatus comprises a steam tube 25 and a liquid tube 26, the vapor tube 25 being housed inside the liquid tube 26 in which is mounted a partition 27 which separates from the vapor zone 4 of the vaporization chamber 1, -in the liquid zone 3 from which two pipes 25 and 26 have come down-, the coolant 13 flowing from the hollow 22 of the pipe 21.
The operation of the heat transmission device, shown in Figure 4, is similar to the heat transmission device shown in Figures 1, 2 and 3 and described above. We will note some particularities of hydrodynamics and transmission processes
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mass taking place in the heat transmission device shown in FIG. 4.
The partition 27 separates, from the vapor zone 4 of the vaporization chamber 1, the coolant 13 emerging from the hollow 22 of the pipe 21. By engaging the vapor tube 25 and the liquid tube 26 in the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1, the penetration of the coolant vapors 13 is immediately prevented from the vapor zone 4 into the liquid pipe 26. The transfer processes of the coolant from the steam pipe 25 into the hollow 24 of the tube 23, and of the condensed coolant of the enclosure 22 of the pipe 21 in the liquid pipe 26, are carried out with low hydraulic resistances.
This is achieved by the fact that the cross sections of the steam pipe 25 and the liquid pipe 26 are equal to the cross sections of the hollow 24 of the tube 23 and the hollow 22 of the pipe 21 respectively, and, moreover, at fact that said elements are connected by progressive curvatures whose radii are quite large.
In the heat transfer device represented in FIG. 4, the partition 27 is constituted by a half-ring 28 (FIG. 5) closing the annular space 29 between the walls 30 and 31 of the steam pipe 25 and the liquid tubing 26 respectively, through which the liquid coolant 13 returns to the vaporization chamber 1, and by plates 32 (Figures 6, 7) closing the longitudinal spacings 33 between said walls 30 and 31 of the tubing 25 and 26, the half-ring and the plates being mounted at an angle therebetween.
The partition 27 eliminates the risk of direct contact of the coolant vapors entering the steam pipe 25 with the liquid coolant which, according to
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liquid tubing runs out 26. The condensed coolant 13
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flows along the liquid tubing 26 to the half-ring 28 which prevents it from flowing through the annular space 29 in the vapor zone 4 of the vaporization chamber 1.
From the half-ring 28, the liquid coolant flows in the longitudinal space 33 between the walls 30 and 31 and appears in the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1. The plates 32 prevent the coolant vapors from entering in direct contact with the liquid coolant in the longitudinal space 33.
The heat transfer device shown
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in FIG. 8 is intended for heating objects which require, depending on the working conditions, a high isotherm.
The heat transfer device has a
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condensation chamber 34, executed in the form of a pipe, in the hollow or cavity 35 of which a tube 36 is mounted. The hollow 37 of the tube 36 is connected to the hollow 35 of the condensation chamber 34.
The heat transmission apparatus also includes a condenser 38, the enclosure of which has a vapor zone 39 and a liquid zone 40, and is brought into communication, by the connector 41, with the hollow 35 of the condensation chamber 34 By means of the liquid tubing 42, the enclosure of the condenser 38 is connected to the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1, the construction of which is analogous to that of the vaporization chamber 1 shown in FIG. 1, and is designated by the above-mentioned references.
The condenser 38 is provided with a tube 14 which is used to fill the heat transfer device 13 and through which escape non-condensable gases from the heat transmission device.
The operation of the transmission device
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heat, represented in FIG. 8, is analogous to the operation of the apparatus represented in FIGS. 4, 5,
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6, 7 and 8, which have been described above. In this device provided with a condenser 38, the condensed coolant flows from the hollow 35 through the reduction fitting 41 into the condenser 38 and then goes, through the liquid tubing 42, to the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1.
A certain quantity of coolant vapor flows from the hollow 35 of the condensation chamber 34 in the enclosure of the condenser 38. It follows that by regulating the evacuation of heat from the surface of the condenser 38, it is it is possible to conventionally move the “liquid-vapor” interface from the hollow 35 to the enclosure of the condenser 38 and to respectively raise the isotherm of the condensation chamber 34 when the objects to be heated 11, arranged horizontally, are of great extent .
During a long period of operation of the heat transfer device, uncondensed gases
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sands may appear inside its speakers and adversely affect the operation of the device. Since the non-condensable gases tend to accumulate, as a rule, in the most distant part following the movement of the vapor from the condensation chamber 34, the condenser 38, if the heat transmitting apparatus is equipped with this, acts as a gas accumulation tank during the operation of the heat transmission device. We
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thus raises the isotherm of the condensation chamber 34.
The tubing 14, arranged on the condenser 38 and used for filling the vaporization chamber 1 of the coolant 13, makes it possible to improve the manufacturing technology of the heat transmission device, to raise
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reliability and increase the service life because we got,
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using this, the most complete evacuation of non-condensable gases.
In one of the variants of the heat transmission apparatus, which is shown in FIG. 9 and which can be used for heating large objects having on their surface cavities of an arbitrary shape, the condenser 43 is mounted immediately on the body of the condensation chamber 44.
The condensation chamber 44 is executed in the form of a pipe in the hollow 45 of which a tube 46 is arranged, the hollow 47 of which is connected to the hollow 45 of the condensation chamber 44.
The vaporization chamber 1 of the heat transmission device shown in Figure 9 is similar to the vaporization chamber 1 shown in Figure 1 and is designated by the above references.
With the aid of a liquid tube 48, the condenser 43 is connected by its enclosure to the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1. The hollow 47 of the tube 46 is brought into communication, by means of a tube 49, with the vapor zone 4 of the vaporization chamber 1.
A tube 14 is mounted on the condenser 43.
The operation of the heat transmission device illustrated in FIG. 9 is similar to that of the device described above.
The coolant condensed in the condensation chamber 44 is conveyed from the recess 45 directly into the condenser 43 and then into the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1. The regulation of the temperature of the surface of the condensation chamber 44 is done by varying the evacuation of the heat energy from the surface of the condenser 43. This heat energy can also be transmitted to the object to be heated 11.
Variants of the transmission device
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heat, shown in Figures 10 and 11, are intended to heat objects that require that a constant temperature be maintained over a long length; the variant illustrated in FIG. 11 can be used in the case where the calorific power supplied along the length of the condensation chamber 44 differs significantly from its average value.
The condenser 50 is immediately mounted on the liquid tube 51 (FIG. 10) connected to the enclosure 52 of the condensing chamber 53. The enclosure of the condenser 50 is divided into a vapor zone 54 and a liquid zone 55 The condensation chamber 53 is executed in the form of a pipe in the hollow 52 of which a tube 56 is mounted.
The vaporization chamber 1 of the heat transmission devices shown in Figures 10 and 11 is similar to the vaporization chamber 1 shown in Figure 1 and is designated by the above references.
The hollow 57 of the tube 56 is connected to the vapor zone 4 of the vaporization chamber 1 (FIG. 10). The liquid tubing 51 connects the enclosure 52 to the enclosure of the condenser 50 and to the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1.
The enclosure 52 can be placed in communication, by the steam pipe 59, with the steam zone 4 of the vaporization chamber 1 (FIG. 11). In this case, the condenser 50 is mounted on the liquid tube 60 making the hollow 57 of the tube 56 communicate with the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1.
On the condenser 50 (FIGS. 10 and a tube 14 has been mounted intended for filling the device with the coolant 13 and for discharging the non-condensable gases.
The operation of the transmission device
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heat shown in Figures 10 and 11 has been described hand-in the description of the operation of the devices shown respectively in Figures 1 and 3. It should be added that by arranging the condenser 50 immediate-
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ment on the liquid tubing 60, the isotherm of the condensation chamber 50 is raised substantially (FIG. 11).
This is obtained by increasing the speed of circulation of the vapor phase and of the liquid phase of the coolant in the enclosure 52 of the condensation chamber 53 and in the hollow 57 of the tube 56 by displacement of the "vapor-liquid" interface. of the hollow 57 of the tube 56 in the enclosure of the condenser 50 when a certain part of the calorific power is removed from the surface of the condenser 50. This thus reduces the probability of the formation of a stagnant zone of liquid coolant at the place of its passage from the
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girdle 52 of the condensation chamber 53 in the hollow 57 of the tube.
In the other variant of the heat transmission device (FIG. 12), the condenser 61 is executed with a fin 62 and is mounted immediately on the pipe.
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liquid 63. A tube 14 is mounted on the condenser 61 for filling the device with the coolant 13 and the discharge of non-condensable gases from the device.
The condensation chamber 53 and the vaporization chamber 1 of the heat transmission device shown in FIG. 12 are analogous respectively to the condensation chamber 53 shown in FIG. 10
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and to the vaporization chamber 1 shown in FIG. 1 and are designated by the same references.
The operation of the heat transmission device shown in Figure 12 is similar to the operation of the device described above.
If the condenser 61 is executed with a fin
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exterior 62, we can increase, by increasing the surface
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heat exchange, the calorific power evacuated from the condenser 61 and thereby widen the possible range of regulation of the circulation of the coolant in the heat transmission device. The isotherm of the condensation chamber 53 is thus raised considerably for large variations in the calorific power removed along the length of the condensation chamber.
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53.
In the construction variants of the heat transmission device illustrated in Figures 8 to 12, the condenser is used for the evacuation of a certain
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quantity of heat and for modifying the thermotechnical parameters of the condensation chamber. The required height at which the condensation chamber is disposed above the vaporization chamber can be reduced by placing the heater 65, for example an electric heater, in the condenser 65, in its vapor zone 66 (FIG. 13). The enclosure of the condenser 65 is shared
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in a vapor zone 66 and in a liquid zone 67.
The condensation chamber 53 and the vaporization chamber 1 of the heat transmission device, shown in FIG. 13, are similar to the condensation chamber 53 shown in FIG. 10, and to the vaporization chamber 1 shown in the Figure 1, respectively, and are designated by the same references.
A drain valve 69 is mounted at the outlet of the coolant from the liquid tube 6B in the liquid zone 3. The hollow 57 of the tube 56 is connected by the vapor tube 70 to the vapor zone 4 of the vaporization chamber 1.
The operation of the heat transmission apparatus shown in Figure 13 has been described above; - However, it should be noted that the condenser 65 enclosing a heater 64 will operate in the following manner.
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The condensed coolant 13 flows from the enclosure 52 of the condensing chamber 53, through the liquid tubing 68, into the condenser 65. Because the drain valve 69 is adjusted so that it does not open that after the liquid zone 67 has reached the height corresponding to the immersion of the heater 64, the heater 64 in the condenser 65 will be periodically flooded by the coolant 13. When the heater 64 is put into action at the time of its immersion in the coolant 13, the coolant 13 boils intensely. The pressure in the enclosure of the condenser 65 rises and the coolant begins to move, by the liquid pipes, upwards and downwards, by opening the drain valve 69.
Since the resistance of the liquid tubing 68 between the condenser 65 and the liquid zone 3 is chosen to be lower than that of the liquid tubing 68 between the condenser 65 and the enclosure 52 of the condensing chamber 53, the largest part of the coolant 13 will be forced back into the vaporization chamber 1.
Then the operating cycle of the device starts again. The drain valve 69 closes again, the coolant 13 accumulates in the liquid pipe 68 and in the liquid zone 67 of the condenser 65 until the coolant 13 comes into contact with the hot heater 64 and that the pressure in the enclosure of the condenser 65 increases.
It follows that the thermal energy of the heater 64 is spent on pumping the condensed coolant 13 from the enclosure 52 of the condensation chamber 53 into the liquid zone 3 of the vaporization chamber 52. The main part of the coolant vaporized in the condenser 65 in the form of vapor arrives in the enclosure 52 of the condensation chamber 53 where it condenses by transmitting the latent heat of vaporization to the object to
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heat 11. The heater 64 works together with
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the drain valve 69 as a pump, provided that the hydraulic resistance of the liquid tubing 68 above the condenser 65 exceeds the hydraulic resistance of the liquid tubing 6a below the condenser 65 (Figure 13).
This ensures the elevation of the operating reliability of the heat transmission device and the elevation of the isotherm of the condensation chamber 53 while at the same time reducing the required height of the arrangement of the condensation chamber 53 above the vaporization chamber 1.
The heat transmission device shown in Figure 14 is intended to transmit heat to objects to be heated which require, depending on the conditions of their operation, a frequent variation of the transmitted power. This is ensured by equipping the apparatus with an intermediate piece 71 of porous capillary material,
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coming into contact with the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1, described and designated above. The intermediate piece 71 is rigidly connected to the liquid tube 72 and prevents steam from entering it,
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from the vapor zone 4 of the vaporization chamber 1.
The condensation chamber 73 is produced in the form of a tube in which, in the area where the liquid tube 72 is connected, there is mounted a tube 14 intended for filling the device with the coolant and for discharging gas. non-condensable of the device.
The operation of the heat transfer apparatus, shown in Figure 14, is described above.
Condensed coolant 13 flows from the chamber
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of condensation 73 in the liquid tubing 72 and, having passed through the intermediate piece 71 of porous capillary material, arrives in the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1.
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If, according to the operating conditions of the object to be heated 11, it is necessary to vary suddenly, for example to increase, the calorific power supplied, by increasing the power of the sources of, heating 2, one provo-
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that the boiling of the coolant 13 in the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1 and the rise in the pressure of the vapors in the vapor zone 4. The intermediate piece 71 in this case prevents the coolant 13 from entering the liquid zone 3 in the condensation chamber 73, through the liquid tubing 72, following the formation of the pressure difference.
The intermediate piece 71 also contributes to the accelerated start-up of the heat transmission device from the cold state, by preventing the injection of the liquid coolant into the condensation chamber.
The special feature of the transmission device
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heat represented in FIGS. 15, 16 and 17 resides in a reduction in the height at which the condensation chamber is arranged above the vaporization chamber, and in an increase in the operating reliability of the device during start-up and during transitional regimes. This is obtained by virtue of the fact that the intermediate piece 71 of porous capillary material is produced in the form of an auxiliary heating source 75.
As an auxiliary heating source, electric heaters and gas flame heaters can be used, for example.
The condensation chamber 53 and the vapor chamber
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rization 1 of the heat transmission device shown in Figure 15 are similar to the condensation chamber 53 shown in Figure 12 and the vaporization chamber 1 shown in Figure 1 respectively, and are designated by the same references.
Auxiliary heating source 75 is fixed
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tightly in the walls of the chamber
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vaporization 1 and is partially submerged in the liquid zone 3 of the vaporization chamber 1 (Figures 15, 16, 17). The intermediate piece 74 of porous capillary material is produced in the form of an envelope which covers the auxiliary heating source 75. The liquid tubing 76 is introduced inside the part
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interlayer 74 (Figures 15, 16) and rigidly fixed thereto.
The vapor zone 4 of the vaporization chamber 1 (FIG. 15) is connected by the steam tube 58 to the hollow 57 of the tube 56. A tube 14 is mounted on the condensation chamber 55 for filling the apparatus. by the coolant and for the evacuation of its gases.
The operation of the transmission device
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heat, shown in Figures 15, 16 and 17 is described above. We will examine the particularities of the internal processes taking place in the apparatus provided with an intermediate piece 74 of porous capillary material.
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If the intermediate piece 74 is made as a heated piece (FIG. 15), it works primarily as a device preventing the passage of the coolant vapors 13, from the vapor zone 4 immediately into the liquid pipe 63, as well as the injection of the coolant 13 of the liquid zone 3 into the enclosure of the condensation chamber 53 during the start-up of the heat transmission device. Secondly, the heated intermediate piece 74 also functions as a pump which transfers the coolant from the connection tubing.
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quide 76 in the liquid zone 3 under the effect of the capillary forces of the intermediate piece 74.
It should be noted that the smaller the pore diameter of the material of the insert 74, the greater the pressure
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capillary and the greater the difference in pressures between the liquid tubing 76 and the enclosure of the vaporization chamber 1, a difference which can be overcome thanks to the capillary forces of the material of the insert 74. Thus, if the insert 74 is made as a heated room (figure 15), we must add to the advantages described above of this device the fact that the heat and mass exchange processes during the evaporation of the coolant from the surface of the auxiliary heating source 75 are significantly intensified.
In this construction, the dimensions of the vaporization chamber 1 are reduced thanks to the fact that use is made of an auxiliary heating source 74 of high power and of small size. We also reduced the possibility of
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lity of the overheating of the auxiliary heating source 75 thanks to the fact that, firstly, it is wetted by the liquid arriving from the liquid tube 76 in the intermediate piece 74 (FIG. 16), and secondly, the intermediate piece 74 sucks the liquid from the liquid zone 3 under the effect of capillary forces because it is immersed in this zone (FIGS. 16 and 17).
By using the intermediate piece 74 (FIG. 15) made of porous capillary material, heated by an auxiliary heating source 75, the height at which the condensation chamber 53 is arranged has been substantially reduced.
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above the vaporization chamber 1, the operational reliability of the heat transmission device has been increased by this very fact and its performance relative to the size and weight has been improved.
The heat transfer device shown
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in Figure 18 is intended to heat objects whose length is several tens of meters, if one cannot manufacture the device in the immediate vicinity of the object to be heated. In this case, it is advantageous that the
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condensation chamber 77 and the tubes 78 are made of assembled parts. The condensation chamber 77 consists of a pipe 79 and a pipe 80 and the tube 78 is composed of a tube 81 and a tube 82. The pipes 79 and 80 are coupled to each other by a sealed assembly 83 and the tubes 81 and 82 are connected by the assembly 84 which does not require sealing.
The hollow 85 of the pipe 79 is connected by the liquid tubing 26 to the vapor zone 4 of the vaporization chamber 1 similar to the vaporization chamber shown in FIG. 4 and designated by the same reference. The hollow 86 of the tube 81 is connected by the steam pipe 25 similar to the steam pipe 25 shown in FIGS. 4, 5, 6, 7.
The operation of the heat transmission device shown in Figure 18 is similar to that of the device shown in Figures 1, 2 and 4 to 7.
The sealed assembly 83 prevents leakage of coolant 13 from the interior enclosures of the heat transmission device, as well as the penetration of ambient air inside the device.
FIG. 19 shows the construction of the junction with the condensation chamber 77 represented in FIG. 18.
Flanges 87 provided with a seal 88 are mounted on the condensation chamber 77, on its conduits 79 and 80, and a coupling by threaded assembly 89 is provided for connecting the tubes 81 and 82. It is also possible to connect the tubes 81 and 82 by another means, for example by friction.
The operation of the apparatus shown in FIG. 19 is similar to that of the apparatus shown in FIG. 18.
The heat transfer device shown in Figure 20 is intended for use during a
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long period. To this end, it is provided with a valve 90 mounted at the place of accumulation of the non-condensable gases and intended for the periodic evacuation of these gases from the device.
The condensation chamber 53 and the vault chamber
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porization 1 of the heat transmission device shown in FIG. 20, are analogous to the condensation chamber 53 represented in FIG. 10 and to the vaporization chamber 1 represented in FIG. 1, respectively, and designated by the same references.
The valve 90 is mounted on the condenser 91.
The operation of the heat transfer apparatus shown in Figure 20 has been described above.
After operating the heat transfer device for a long time, non-condensable gases may form and accumulate in it. While the device is at rest, the non-condensable gases are distributed regularly in the vapor phase of the coolant inside the device.
Since, during the operation of the heat transmission apparatus, the vapor phase continuously moves from the vaporization chamber 1 into the condensation chamber 53, the non-condensable gases are transported in the most distant part, depending on the move-
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steam from the condensation chamber 53, that is to say in the condenser 91. By opening the valve 90 during the operation of the heat transmission apparatus, the non-condensable gases are allowed to escape from the apparatus.
If necessary, heat transfer fluid 13 is added to the apparatus for transmitting heat through the valve 90.
The effectiveness of the invention is proven by the following concrete examples.
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Example 1
The heat transfer device is used
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for heating a railway switch 6 m long.
The dimensions of the transmitting device
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heat sion are as follows: - from the condensation chamber 4.5 m - outside the condensation chamber 0.016 m - at which the length of the condensation chamber is arranged above the liquid zone of the vaporization chamber 0.6m
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- from the vaporization chamber in plan 0.24 x 0.33 On the other hand, there are: - electrical sources of heating dimensions in the heat transfer device 2000 w - acetone coolant - quantity of liquid coolant in
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the heat transfer device 2.5 liters A railway switch was fitted with two heat transfer devices.
The condensation chambers were placed in the space between the application rail and the needle blade and clamped against the application rail by clamps.
The vaporization chamber coated with a heat-insulating and water-repellent coating has been installed in a suitable cavity, in the space between the rail sleepers
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on the side of the entrance to the switch.
The tests were carried out at the temperature of
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the ambient air, from a snowfall of 100 to 150 mm of snow per day. The wind speed varied in the range of 5 to 10 mIs.
Before the device was put into action, the switch was covered with a layer of snow 50 to 110 mm thick.
25 to 30 minutes after applying the electrical voltage to the heating sources, the snow started to melt between the surface rail and the needle blade in the immediate vicinity of the condensation chamber. At the expiration of one hour and ten minutes, the space between the needle blade and the application rail was completely freed of snow over a length of 4.5 m. The snow has melted over said length on the application rail itself and on the metal parts in the vicinity of the application rail.
The temperature of the rail head was from + 50C to + 12'C and the temperature of the surface of the condensation chamber was from 90 to 920C, and during this period active snow melt and evaporation were observed moisture resulting from this melting.
During the operation of the heat transmission apparatus, the switch maneuvers were carried out without calling upon the additional manual work of the personnel responsible for cleaning the snow from the track. At the end of the snowfall, the heat transmitters were put to rest.
Example 2 The heat transmission apparatus for heating premises, for example livestock farms, has the following and other overall characteristics; - from the condensation chamber 10.5 m - outside the condensation chamber 0.034 m - from junctions to the condensation chamber 2 junctions
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-50C to -70C- type of junctions: flanges with a diameter of ao mm fitted with a Teflon seal
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- to which the condensation chamber is installed above the liquid zone of the vaporization chamber 0.2 m - from the vaporization chamber 0.25 m height - height of the vaporization chamber 0.17 m - coolant acetone - quantity of liquid coolant 4, 5 liters - power of electric heating sources in the heat transfer device 2000 watts.
The heat transfer device was installed along a wall of a room to be heated.
Eleven minutes after the heat transmission device was activated, the temperature of the surface of the condensation chamber was 80 "C and continued to increase for one hour and twenty minutes, the deviation from the average temperature. of the surface being of
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to the maximum. An hour and a half after the activation of the heat transmission apparatus, the temperature of the surface of the condensation chamber was 1560C. The temperature differences over the length of the condensation chamber have not exceeded! and the air temperature inside the room was 200 to 220C.