Brevet FR2233584A1 — publié le 19750110

L'invention concerne un appareil de chauffage servant à chauffer du gaz, du liquide et du fil de fibres synthétiques à ltexté- rieur d'un récipient qui contient de la vapeur de liquide. Dans les appareils de chauffage usuels utilisant un liquide comme agent de chauffage, un récipient est divisé en une chambre supérieure à vapeur et une chambre à agent liquide de chauffage, avec une source de chaleur prévue à l'intérieur ou à I'extérieur de la chambre à agent de chauffage, de sorte que l'agent liquide de chauffage est chauffé et transformé en vapeur, qui est amenée à la chambre à vapeur. La surface de chauffage fait partie de la chambre à vapeur, et la vapeur d'agent de chauffage subit par con séquent an échange de chaleur avec l'objet à chauffer et le condensat formé s'écoule vers le bas le long de la surface de chauffage et retourne donc à la chambre à agent de chauffage liquide. Dans un tel appareil, quand l'agent liquide de chauffage se change en vapeur, si la capacité calorifique est excessive à la face de contact entre l'agent de chauffage liquide et la source de chaleur, la température de l'agent de chauffage liquide s'éleve aussi à un niveau excessif. Il s'ensuit une décomposition ou une altération de agent de chauffage liquide D'autre part, pour augmenter la surface de contact entre la source de chaleur et l'agent de chauffage liquide, il faut augmenter le volume de ce dernier. I1 en résulte un niveau plus élevé du liquide et un volume d'autant plus petit de la chambre à vapeur, de sorte que la surface de-chauffage offerte à l'objet à chauffer est réduite. En outre, plus la profondeur de l'agent de chauffage liquide est grande, plus la -zone de convection naturelle est agrandie en comparaison de la poche de vapeur qui se trouve au-dessus. Cela ne convient donc pas s1il n'est pas préférable d'effectuer le transfert de chaleur à ltébul- lition.En outre, quand-l'échange de chaleur entre la source de chaleur et l'agent de chauffage Iiquide's'effectue par convection naturelle, la vaporisation est difficile, même si l'on assure une grande capacité calorifique en comparaison du cas où l'échange de chaleur se fait par conduction. L'invention a pour but d'éliminer les défauts-de la technique antérieure et de fournir un appareil de chauffage perfectionné, dans lequel le condensat provenant de la vapeur du liquide est transféré par écoulement et amené sous la forme- d'un film sur la surface de chauffage, de sorte que l'agent de chauffage liquide est vaporisé directement par conduction de chaleur, et non par convection, ce qui augmente fortement le rendement de vaporisation. Un autre but est de fournir un appareil de chauffage perfec tionné,au moyen duquel on évite un surchauffage de l'agent de chauffage liquide et on donne constamment à la zone d'échange de chaleur une grande capacité calorifique, avec une quantité relativement petite d'agent de chauffage liquide. Un autre but est de fournir un appareil de chauffage perfectionné dans lequel le niveau de l'agent de chauffage liquide soit bas et dans lequel, en conséquence, la surface d'échange de chaleur devienne assez grande pour que le rendement d'échange de chaleur soit fortement accru. Pour atteindre ces buts, le récipient de l'invention, muni d'une surface d'échange de chaleur ou relié à un échangeur de chaleur, est rempli d'une quantité assez petite d'agent de chauffage liquide et su-dessus de celle-ci est formée une chambre de vapeur. Un élément chauffant présentant une surface de chauffage de vapeur est prévu dans la chambre à vapeur ou arrive à la chambre à vapeur à travers l'agent de chauffage liquide. Des écoulements de condensat sont prévus entre ls surface d'échange de chaleur de la paroi intérieure du récipient et la surface de chauffage de vapeur de l'élément chauffant, de sorte que le condensat formé sur la surface d'échange de chaleur est amené sous forme de film, par des distributeurs d'écoulement, à la surface de chauffage de vapeur de l'élément chauffant La surface de chauffage de vapeur de l'élément chauffant est chauffé par une source de chaleur. Les dessins annesés illustrent l'invention. La figure 1 est une coupe longitudinale du récipient selon un premier mode d'exécution de l'invention La figure 2 est une coupe en plan suivant la ligne II - Il de -la figure I La figure -3 est une coupe longitudinale du récipient d'un autre mode- d'exécution La figure 4 est une coupe longitudinale d'un récipient d'un autre mode d'exécution t La figure 5 est une vue agrandie de la partie essentielle du récipient de l'invention La figure 6 est une vue explicative d'une surface de chauffage de vapeur de l'élément chauffant. Sur les figures 1 et 2, la référence 1 désigne un récipient fermé présentant des surface d'échange de chaleur 2, 3, 4 et 5 à sa paroi intérieure. Au centre du récipient 1, un élément vertical de chauffage de vapeur 6 part de la plaque de fond Il du récipient, la majeure partie de l'élément chauffant 6 étant exposée dans la chambre à vapeurycomme indiqué ci-après. Dans l'élément chauffant 6 est enfermée une source de chaleur 8 telle qu'un fil chauffant électrique. Le bas du récipient 1 est rempli d'une quantité assez petite de liquide 9 et au-dessus du liquide est formée une chambre à vapeur 7. Des distributeurs d'écoulement de condensat 10 partent des faces d'échange de chaleur 2, 3, 4, 5 de la paroi intérieure du récipient et descéndent vers l'élément chauffant 6.Une ou plusieurs rangées de ces distributeurs d'écoulement 10 sont espacées verticalement les unes des autres.Xes distributeurs d'écoulement 10 sont couverts d'un faisceau, d'une texture ou d'un réseau de matière résistant à la chaleur et présentant des perfort- tions qui permettent une action capillaire de la vapeur. Les extrémités inférieures des distributeurs 10 peuvent être reliées à la face de chauffage de l'6léeent chauffant 6 ou reliées avec un espacement à l'élément chauffant 6 cerne le entre la figure 5. Sur les dessins, la flèche A montre le sens d'écoulement de l'agent~de chauffage liquide et la flèche B le sens d'écoulement du condensat. On va décrire maintenant le fonctionnement de cet appareil la surface de chauffage de vapeur 6 est chauffée par la source électrique de chauffage 8 et, au début du fonctionnement, l'agent de chauffage liquide 9 est chauffé par la surface de chauffage de vapeur 6. Le liquide se change aussi en vapeur d'agent de chauffe et s'écoule de bas en haut dans le sens de la flèche Â pour chauffer les faces d'échange de chaleur 2, 3, 4, 5 de la paroi intEriea- re du récipient. Avec le temps, le condensat formé sur les faces d'échange de chaleur 2 à 5 de la paroi intérieure s'écoule de haut en bas sur les distributeurs d' écoulement et arrive sur la surface de chauffage de vapeur 6,comme le montre la figure 5, de sorte que le condensat forme un film (de 0,1 i~0,3 mm d'épaisseur) sur la surface de chauffage de vapeur de l'élément 6, Ce liquide est facile à vaporiser à nouveau,grace à une conduction rapide de chaleur plut6t que par convection.Comme le montre plus particulière- ment la figure 6, étant donné que la distance t entre la surface de chauffage 6 et la surface de l'agent de chauffage liquide est aussi petite qu'un film, le transfert de chaleur à la surface du liquide s'effectue par conduction et non par convection, de sorte que la vaporisation du liquide s'effectue directement par la surface du film. En comparaison dé l'état d'ébullition, l'appareil de chauffage de l'invention est capable d'augmenter le rendement de vaporisation pour une capacité calorifique donnée. D'autre part, étant donné que l'agent de chauffage liquide est soumis à une moindre pression de liquide et s'évapore rapidement, le liquide n'est jamais surchauffé.En outre, étant donné que le distributeur d' écou- lement 10 est couvert d'une matière résistant à la chaleur et présentant de petitesperforations, le condensat forme un courant conti- nu et forme un film sur la surface de chauffage de vapeur 6. Dans le mode d'exécution de la figure 3, le récipient 1 est divisé en une chambre munie d'un élément de chauffage qui présente une face de chauffage de chaleur 6 et une chambre munie de faces d'échange de chaleur 2, 4 destinées à 9tre chauffées par de la vapeur d'agent chauffant, ces chambres étant reliées par un tube de liaison 12. Une e3trémitd de distributeur d'écoulement 10 est reliée aux faces d'échange de chaleur 2, i de la paroi intérieure et l'autre extrémité du distributeur est reliée à la face de chauffage de vapeur 6. Sur la figure 3, on a désigne par 7 une chambre à vapeur, par 8 une source de chaleur, par 11 une plaque de fond.La flèche A indique le sens de la vapeur et la floche 3 celui de lticoulelaent du condensat Le condensat formé sur les faces d'échange de chaleur de la paroi intérieure- s1écoule de haut en bas le long du distributeur d'écoulement 10 et arrive autour de la face de ohage de vapeur 6 où il forme un film. Les autres fonctions sont semblable k celles de l'appareil de la figure 1. La figure 4 représente un autre mode d'exécution, dans lequel la face de chauffage de vapeur 6 est formé sur la paroi intérieure du récipient 1. On a désigne par 13 une source de chaleur destinée à l'agent de chauffage liquide 9. Les autres composants sont le es que sur la figure 1. Au début du fonctionnement, l'agent de chauffage liquide 9 est chauffé par la source de chaleur 13. Ensuite, le condensat formé sur les faces d'échange de chaleur est amené à la surface de chauffage de vapeur de l'élément chauffant par les distributeurs d'écoulement 1Q. On a décrit ci-dessue des modes d'exécution de l'invention. Toutefois, il est clair que l'on peut y apporter de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVEND I CAT IONS I.- Appareil de chauffage utilisant de la vapeur comme agent de chauffage et caractérisé par le fait qutil comprend un récipient contenant du liquide, un élément chauffant présentant une face de chauffage de vapeur en sa partie inférieure et des faces d'échange de chaleur en sa partie supérieure, et des distributeurs d'écoulement de condensat servant à amener à la face de chauffage de vapeur le condensat formé sur les faces d'échange de chaleur, le condensat étant amené par gravité à la face de chauffage de vapeur, sous forme de film. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les distributeurs d'écoulement sont couverts d'une matière résistant à la chaleur et munie de perforations qui permettent une action capillaire. 3.~ Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie inférieure de l'élément chauffant est plongée dans le liquide et que sa partie supérieure èst exposée à la chambre à vapeur. 4.- Appareil selon la revendication t, caractérisé en ce que le récipient est divisé en une chambre munie dtun élément chauffant présentant une face de chauffage de vapeur et une chambre munie de face d'échange de chaleur, ces chambres étant reliées par un tube de liaison.