Brevet FR2311714A1 — publié le 19761217

La présente invention concerne un nouveau dispositif refroidisseur à évaporation du genre de ceux qui sont utilisés dans les avions ou autres machines volantes se déplaçant à très grarde vitesse et t haute altitude pendant des autres relativerent braves. Ges appareils bien connus en eux-mêmes utilisent la chaleur laterte de vaporisation de l'eau, qui bout basse température lorsque l'avion vole à haute altitude, nour refroidir des fluides divers notamment de l'air. On sait que, notamment dans les avions, l'air devart être introduit dans la cabine est pris à la sortie des compresseurs es r@acteurs. Cet air est ensuite amené à passer dans le circuit d'échange d'un évaporateur et, finalement, il est détendu nour être introduit dans ladite cabine ou servir a d'autres usages. Dans la plupart des circonstances de vol, la détente, notamment dans une turbine, suffit à refroidirl'air avant qu'il soit utilisé et l'évanorateur n'entre en service eue dans des circonstances particulières. Cependant, le circuit normal tassant par l'évaporateur, il s'ensuit que dans un évaporateur à faisceau usage dans la bâche toute l'eau ou'il contient est portée à relativement haute température, par exemple de l'ordre de 60 C.Par conséquent, au moment de l'entrée en service de l'évaporateur, c'est-à-dire lorsque la pression qui règne à haute altitude corresrond à la tension de vapeur de l'eau à la température considérée une ébullition extrêmement vive est produite dans l'évaporateur et la vapeur entraîne une certaine quantité d'eau, ce qui oblige à prévoir des nourrices de grande capacité pour compenser les @ertes et assurer la @iscion. La présente invention crée un nouveau dispositif @ui permet de suppri@er tout entraînement d'eau par la vapeur et, par con- séquent, qui rend possible d'utiliser toute l'eau emmagasinée pour assurer le refroidissement. Conformément à l'invention, le dispositif comporte une enveloppe contenant un échangeur, ladite e@veloppe étant disposée @@ le@saus @'u@ @@servair @'ali@ertat@en en li@uide velstil et @t@ t re@i@e @ la partie hasse @udit réservoir nour êtrc constamment alimenté en liauide volatil, ladite enveloppe étant, en outre, reliée par une tubulure de vaneur à un compartiment du réserv@ir contenant des chicanes délimitant un trajet complexe pour la vapeur, de sorte cue de l'eau entraînée par la vapeur est arrêtée par lesdites chicanes et ramenée dans la masse d'eau du réservoir. Diverses autres caractéristiques c-t--e de l'invention ressortent 'ailleurs de la description détaillée nui suit. Une forme de réalisation ce d'objet de l'invention est renrésentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. lia figure unique est une coupe-élévation an partie schama- tique du disnositif refroidisseur à évaporation de l'invention. Suivant la réalisation apraraissant au dessin, 1 désigne l'enveloppe d'un évaporateur ou bouilleur qui compoite des plaques collectrices 2, 3 dans lesouelles débouchent les extrémités de tubes 4. L'intérieur des tubes communique avec des buses a'entrée et de sortie 5, 6 polir le fluide à refroidir qui peut, par exemple, être de l'air. L'enveloppe 1 est constamment maintenue remplie d'un liquide volatil, de préférence de l'eau, qui est amené par un embout 7 relié par un tuyau 6 å un embout de sortie 9 d'un réservoir '10. L'enveloppe 1 de l'évaporateur communique, de plus, par sa partie supérieure avec la partie supérieure du réservoir 10 au moyen d'une tubulure 11 de grande section dite tubulure de vapeur. Dans l'exemple renrésenté, la liaison mécanique entre le réservoir 1G et l'enveloppe 1 de l'évaporateur est réalisée au moyen de pattes 12 et tirants 13. Comme le montre le dessin, la tubulure de vapeur il débouche en regard d'une paroi inclinée 14 du réservoir 10, paroi qui forme ainsi déflecteur et qui délimite une pré-chambre d'entrée 15 com-muniquant avec le réservoir proprement dit par un ajutage 16 oui ouvre juste en. regard d'une première chicane 17 suivie d'autres chicanes î7a, 17b... dont la disposition est alternée afin que lavapeur qui est produite comme expliqué dans ce qui suit narcourt le trajet silhouetté par les flèches -fî et f2. Le cheminement de vapeur suivant les flaches fi et f est déterminé par les chicanes 17, 17a, 17b entre la paroi supérieure 10a du réservoir 10 et une cloison longitudinale 18 qui s'étend sur toute la longueur du réservoir et sur toute sa largeur pour séparer ledit réservoir en deux compartiments A, B communiquant uniquement par une ou des lumières 15 nrévues dans la cloison 18- pour etre-disnosée sensiblement entre l'ajutage 16 et la pre mière cloison 17. En outre, le dessin montre que la cloison 18 ne s'étend pas horizontalement mais est incline vers la ou les lumières 19. Le compartiment A est divisé par une cloison 20 reliée à la dernière chicane 17b en délimitant ainsi un compartiment auxiliaire A1. Le compartiment auxiliaire A1 communique avec le compartimert A par une embouchure 21 ouvrant près de l'extrémité du réservoir qui est opposée à celle qui présente la pré-chambre 15. Le compartiment A1 contient ure boîte à clapets 22 dans laquelle est disposé un clanet 23 poussé par un re@sort 24 défini pour éouilibrer le @oids du clapet au niveau de son contact avec le siège 25 afin d'obtenir une prension d'accostage pratiquement rulle pour eviter toute surpression interne lors de la production et de l'évacuation de la vapeur. 'ans certaines circonstances de forctionnement décrites dans ce qui suit, le clapet 23 est repoussé en 25a, position dans laouelle il est représente en traits mixtes et dans laquelle il est en butée contre un jonc 26.La boîte à clapets présente des lumières 27 sui la mettent en communication, lersque le clapet est dans une position intermédiaire entre 23 et 23a, avec une chambre de sortie 28 reliée à l'exté- rieur, notamment à l'atmosthère par une ou plusieurs buses coudées 29 saillant en dehors du réservoir 10. Le réservoir 10 est rempli d'eau jusqu'à un niveau N détermiré par le sommet 30a d'un tube de trop-plein 30 qui est porté, par exemple, par l'une des chicares 31 que contient ledit réservoir en dessous ne la cloison inclinée 18 et qui sont destinées a limiter les dénlacements brutaux de l'eau lors des évolutions de l'appareil qui comporte le dispositif. Ainsi que cela a déjà été expliqué, l'enveloppe 1 de l'évaporateur proprement dit est toujours remplie d'eau et en position de vol horizontal de l'avion, l'eau atteint sensiblement l'extrémité du tube de trop-plein 30a. Tant que le dispositif n'est @as en fonetionnement, le clanet 23 est maintenu éguilibré nar le ressort 24 et aprli@ué contre le siège 25. Le clapet 23 sert, aussi, à eu@êcher toute perte d'eau lers du vol sur le dos, du pioué du l'avion ou de toute configuration dernant naissance des accélérations en "Z" négatives.En éffet, dans ce cas, l'eau peut remplir le compartiment A, voire le compartiment auxiliaire A1, mais est empêjchée de passer dans la chambre de sortie 28 par ledit clapet-et de toute façon la ou des buses coudées 29 empecheraient toute sorte d'eau pour la plupart des configurations nossibles de vol. lie fonctionnement de l'évaporateur est le suivant bp vol normal, l'évaporateur n'est pas utilisé mais le gaz à refroidir, par exemple oe l'air provenant des étages de compression des réacteurs, est amené par le conduit d'entrée 5 dans les tubes d'entrée 4 et est ensuite conduit par la buse de sortie 6 vers une turbine de détente et air qui est chaud, chauffe en conséquence l'eau que contient l'enveloppe 1 de l'é- vaporateur et il arrive fréquemment que la température de cette eau dépasse la température d'équilibre correspondant â la pres- sion régnant 13 l'altitude atteinte par 'avion.Il peut arriver par exemple, au cours d'une montée rapide en altitude, que l'eau contenue dans l'enveloppe 1 soit encore P une température de l'ordre de 60 à 70 lorsque l'avion a atteint son palier à, par exemple, 17 COC mètres, altitude à laquelle la température d'équilibre dépendant de la pression régnant à cette altitude n'est Dlus que de 43 , ce qui correspond aux conditions exposées ci-dessus. flans cette configuration de vol, la ou les buses 29 état en communication avec l'atmosphère, l'intérieur du réservoir 1G, ainsi évidemment que l'enveloppe 1, sont amenés à la pression atmosphérique régnante qui peut etre treks basse et pour laquelle l'eau contenue dans 11 enveloppe 1 é trouve notablement au-dessus de la température d'ébullition correspondant G la pression atmosphérique environnante. Il en résulte une ébullition violente dans l'enveloppe 1, le dégagement de vapeur ayant pour effet d'entraîner l'eau cui baigne les tubes 4.Une partie de cette eau heurte la paroi inclinée 14 de la pré-chambre 15 et retombe spont anément par la tubulure de vapeur 11. Une quantité notable d'eau est cependant encore entraînée par l'ajutage 16 mais cette eau bute contre la premi-re chicane 17 et retombe automatiquement par la ou les lumières 19 dans le réservoir B qui contient de 'eau non chauffée et qui réalimente en permanence l'enveloppe 1 par le tuyau 8. Seules quelques gouttelettes d'eau peuvent encore passer au-delà de la cloison 17 et ces gouttelettes sont progressivement séparées de la vapeur qui suit le trajet de la flèche f2 par les autres cloisons 7a, 17b,de sorte que c'est seulement de la vapeur qui entre suivant la flèche f3 dans le compartiment auxiliaire A1. Pour une surpression pratiquement nulle par rapport à l'ambiance extérieure ne la vapeur contenue dans le compartiment Â,, le clapet 23 est soulevé de son siège 25 contre l'action du ressort 24 et la vapeur peut ainsi s'échapper par la chambre de sortie L L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté et @écrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, l'évaporateur proprement dit délimité par l'enveloppe 1 peut comporter d'autres moyens d'écha@ge thermique due ceux représentés ou encore il @eut être utilisé pour le refroidissemert d'autres fluides @ue l'air. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif refroidisseur à évaporation pour avions et analogues, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe contenant un échangeur, ladite enveloppe étant disposée en dessous d'un réservoir d'alimentation en liquide volatil et étant reliée à la partie basse dudit réserveir pour être constamment alimentée en liquide volatil, ladite enveloppe étant, en outre, reliée, par une tubulure de vapeur, à un compartiment du réservoir con tenant des chicanes délimitant un traJet complexe Pour la vapeur, de sorte due de l'eau entraînée par la vapeur est séparêe par lesdites chicanes et ramerée dans la masse d'eau du réservoir. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir est sépare en deux compartiments principaux par une cloison inclinée présentant au moins une lumière a sa nartie la plus basse, le compartiment se trouvant au-dessus de la cloison inclinée contenant les chicanes délimitant le trajet perturbé pour la vapeur. 3 - Dispositif suivant L'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le compartiment supérieur du réservoir com mutique seul avec l'atmosphère. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 'T à 3, caractérisé en ce que le compartiment supérieur du réservoir est relié à l'atmosphère par l'intermédiaire d'un compartiment auxiliaire obligeant la vapeur à suivre un trajet a contre-courant avant d'être évacuée à l'atmosphère. 5 - Dispositif suivant l'une des revendications 'i à 4, caractérisé par un clapet disposé entre le compartiment auxiliaire et une chambre de sortie communiquant par une buse avec l'atmos- phère, ledit clapet étant maintenu élastiquement contre un siège et isolant le réservoir de l'atmosphère, l'ouverture dudit clapet étant commandée seulement par la pression de vapeur engendrée lors du fonctionnement de l'évaporateur. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vapeur provenant de l'enveloppe contenant l'échangeur de chaleur est introduite dans le compartiment supérieur du réservoir par l'intermédiaire d'une pre-chambre comportant une paroi inclinée formant élément séparateur pour l'eau entraînée par la vapeur. 7 -.Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pré-chambre comnunique-avec l'intérieur nu compartiment supérieur du réservoir nar un ajutage disposé juste en regard d'une chicane, l'espace compris entre ledit aju taçe et ladite chicane correspondant à au moins une lumière pre- vue dans la cloison inclinée qui sépare le compartiment supérieur du réservoir du compartiment inférieur dans lequel 11 eau est stockée. @ - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le clacet est disposé dans une boîte à clatets montée de façon que ledit clapet soit maintenu appligué sur son siège par son propre poids lorsque l'avion vole sur le dos, ou dans toute configuration donnant naissance à des accélérations en "Z" négatives.