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perfectionnement aux dispositifs de chauffage à accumula- tion, notamment aux cuisinières électriques,
Une'des facilités d'emploi les plus appréciées des usagers des cuisinières à gaz ou à chauffage électrique direct réside dans la possibilité de régler à chaque instant le chauf- fage par la simple manoeuvre d'un robinet ou d'un rhéostat,
On a depuis longtemps cherché à obtenir la même facilité pour les appareils de chauffage par accumulation, notam- ment les cuisinières électriques à acceumulation; dans ces appa- reils, l'énergie du courant électrique est accumulée lentement sous forme de chaleur dans une masse accumulatrice portée à tem- pérature élevée ; aumoment de l'emploi, les calories accumulées sont dirigées vers une plaque de chauffage;
c'est le réglage à volonté de ce flux de calories utilisables, suivant les besoins
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de l'usager, avec la même facilité et efficacité que dans les cuisinières à gaz ou à chauffage électrique direct et sans pertes de chaleur inadmissibles, qui s'est révélé jusqu'à présent d'une difficulté considérable avec tous les systèmes connus,
Dans certains appareils, la plaque de chauffage fait partie du bloc accumulateur; on ne dispose donc d'aucun moyen pour régler le flux de calories qu'elle reçoit par conductibi- lité; on n'arrive à régler le chauffage des appareils d'utili- sation, tels que les casseroles, qu'en les éloignant plus ou moins de la plaque de chauffage.
Il est évident qu'une telle pratique occasionne des pertes de'calories trèsélevées s'a- joutant à celles qui résultent du calorifugeage forcément dé- fectueux d'une plaque de chauffage portée par conductibilité à haute température.
Dans d'autres appareils, les calories sont amenées du corps accumulateur à la plaque de chauffage par un corps- véhicule. Celui-ci est : - soit de l'air mis en circulation par une turbine ré- glable ; ces appareils sont compliqués, coûteux et fragiles; même à l'arrêt de la turbine l'air circule par convection et occa- sionne des pertes; - soit un liquide tel que du mercure circulant par effet de thermo-siphon et mis sous pression pour le maintenir liquide, la circulation étant réglée par un robinet.
La mise sous pression du circuit du corps-véhicule constitue une complication sérieuse, et, de plus, on ne peut maintenir liquide ce corps-véhicule jusqu'aux températures né- cessaires qu'à la condition d'admettre des pressions -très élevées.
Enfin, dans d'autres appareils, c' est en se vaporisant au contact de la masse accumulatrice et en se condensant au contact de la plaque de chauffage que le corps véhicule assure le transfert des calories. Jusqu'à présent on n'a pas trouvé le moyen d'agir sur ce phénomène de vaporisation et condensation, de sorte que le flux de calories ne peut pas être réglé.
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La présente invention est relative à cette dernière classe d'appareils de chauffage à accumulation dont le transfert de calories est assuré par la vaporisation et la condensation d'un corps véhicule, Elle a pour objet un dispositif de contrôle de ce transfert de calories qui est caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen permettant de mettre le corps véhicule hors de l'action du corps accumulateur, par exemple, sur le circuit de retour du liquide véhicule condensé est formé un réservoir de retenue, contrôlé par un robinet réglable, pouvant contenir la totalité du liquide,et convenablement protégé contre l'é- chauffement pour éviter dans ledit, réservoir une vaporisation notable de celui-ci.
Ce dispositif de contrôle permet les mêmes faci- lités de réglage qu'un robinet à gaz ou un bouton de rhéostat électrique.
En effet, si l'on ferme complètement le robinet dudit réservoir de retenue, tout le liquide-véhicule condensé vient très rapidement s'accumuler dans ledit réservoir, de telle sorte qu'il ne reste plus de liquide dans la partie chaude, et le transfert de calories de la source chaude à la plaque de chauffage est arrêté. En ouvrant plus ou moins le robinet, on règle le débit du corps véhicule et par suite le chauffage de la plaque.
De plus, la pression dans le circuit du véhicule est conditionnée par la température du point le plus froid, alors que dans le dispositif de transfert par thermosiphon, la pression est conditionnée par la température du point le plus chaud.
Les limites d'emploi du dispositif faisant l'objet de la présenté invention sont d'une part le point de congélation du .corps véhicule et, d'autre part, son point critique ',
A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et r epré- senté schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation d'un dispositif de chauffage équipé suivant l'invention.
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Il comprend ie bloc accumulateur de chaleur A protégé par un calorifuge I et la plaque de chauffage B dont le dessus est découvert pendant l'usage, et protégé au repos par un cou- vercle éventuellement calorifugé. Un serpentin de vaporisation G traverse le bloc A de bas en haut et se prolonge par un tube H qui débouche au-dessous de la plaque de chauffage B dans une chambre de condensation K. Celle-ci se prolonge vers le bas par un réservoir de retenue C fermé par un pointeau D manoeuvré de l'extérieur par une poignée E. Le circuit se ferme par un tube F qui rejoint le bas du serpentin. Ce circuit est éventuel- lement vidé entièrement d'air ou de gaz étranger.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : Lorsque, comme représenté sur le dessin, tout le corps véhicule est contenu à l'état liquide dans le réservoir de retenue C, le robinet D étant fermé, tout transfert de calories est arrêté; la température du liquide est à peu près celle de la plaque de chauffage B, c'est à dire très inférieure à la température de vaporisation dudit liquide. En ouvrant plus ou moins le robinet D, on règle comme on veut le débit du liquide vers le serpentin, c'est à dire le degré de chauffage de la plaque B.
On remarquera qu'un résultat analogue' peut être obtenu en supprimant le robinet D et en renversant l'ensemble du système, par exemple pour'un radiateur, une chaufferette, etc..
Si sur la figure on supprime le robinet D, le transfert de calories se fait normalement de A à B, mais sans toutefois qu'il y ait possibilité de régler la vitesse de transfert.
Si l'appareil est renversé la tête en bas, tout le liquide reflue immédiatement de A et se rassemble dans la chambre K qui devient le point bas du système et le transfert de calories s'arrête instantanément,,
Un autre but-de l'invention est de réduire au minimum l'inertie avec laquelle l'appareil obéira à la commande du pointeau et de dimunuer le plus possible les pertes de calories.
On va voir que des possibilités très étendues dans ces deux voies résultent du principe de l'invention.
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Le bloc accumulateur A sera formé par exemple par un alliage aluminium-magnésium fondant à 450 C, ayant une chaleur de fusion de 74,71 petites calories par gramme et une chaleur spécifique de 0,2413. Le véhicule de chaleur sera le mercure dont le point d'ébulition est 356 ; ainsi, entre 356 et
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4500, soit pour une chute de températurë 1 dè 4 ce bloc aëéumu- latèur aura une réserve de chaleur cédable de'97,392 grandes calories par Kg.
Le mercure a pour chaleur spécifique 0,032 Cal. Gr. par gr., pour poids spécifique 13,59 et pour chaleur de vapori- sation 62 Cal. Gr. p. Gr.
.On admettra que, pour que le régime de chauffe de la plaque soit considéré comme suffisamment rapide, il faut qu'elle puisse porter de 10 à l'ébullition un litre d'eau en 2 minutes.
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Avec un rendement de 85 %, cela revient à 90x100 fournir à la plaque , , - grandes calories en 2 minutes, ou 90 x 100 x 60 3176 grandes calories en une heure, ou à l'alimenter avec une'pùissance équivalente à 90 x 100 x 60 x 1000 85 x 2 x 863 n 3683 watts.
Pour fournir 3176 grandes calories à la plaque,
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il faudra condenser 3176 " à' 5I.225 grammes de mercure à at6E ¯.
7.'heure, soit 51.225 ? l4s23 grammes de mercure à la seconde; 3 soit 14¯,23 x Io O>,-,fIo5C) ma"'de mercure à la seconde, soit environ lem3 En supposant des canalisations de 4 nuA. de diamètre intérieur, soit de 3pl4l6 x 2 - 12,57 mu de-section, la vitesse de circulation du mercure dans les''canalisations devra être de
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12$57 MIR 2 - 83e5 mm à la seconde; cette vitesse est tout à fait réalisable, ce qui montre que l'on peut réaliser, comme on l'a supposé, des canalisations de très petit diamètre.
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En supposant que la partie G soit constituée par un serpentin de 1 m. 50 de longueur, la surface inté- rieure d'échange sera de 0,125 x 15 = 1 dm287 ou 0,018? m2.
Le coefficient d'échange admis dans lescondenseurs- chaudières'des machines à vapeur de mercure est de 770 B.T.U. par pied carré, seconde et degré Fahrenheit de chute de' ' température entre le mercure et l'eau, pour la chute de température entre la paroi et le mercure, le coefficient peut être doublé, soit 1540 B.T.U.
'ci
En unités'métriques et degrés centigrades, cela
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donne I'0 g Oe252 = 7760 grandes calories par m2, heure 5 x 0.09" .'.¯' .
9 et degré centigrade entre la paroi et le liquide,.
Pour transmettre 3176 grandes calories à l'heure avec une surface de 0,0187 m2, il faut une chute de tempé- rature de :
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¯¯¯176¯¯¯¯ soit environ 22 7760 x 0,QIB? sont environ 7760 x.OtOI87
Pour le corps B la surface de condensation peut être un cercle de 170 mm. de diamètre présentant une surface d'environ 0,0254 m2.
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La chute de température sera donnée par 3I?6 soit environ 16 . 7760 x Q,0254 ,'
Avec les dimensions ci-dessus, la vitesse de trans- fert maxima est donc obtenue avec une chute totale de tempé- rature de 38 entre A et B. Dans la réalité, la différence de température entre A et' B étant de beaucoup supérieure, la vitesse maxima de transfert sera ficiement obtenue,
La masse de mercure en jeu est malgré cela très minime. Dans le cas ci-dessus, il suffit de remplir de li- quide le serpentin de 1 m. 50 de long et le tube de descente de 0 m. 50 au plus.
Cette longueur totale de 2 m. correspond à un volume de :
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200 x 0,1257 = 25,14 cm3 et le poids dé mercure'est d'énviron 340 gr;,
A la mise en route l'inertie de l'ensemble est nulle, le transfert de chaleur commençant dès l'arrivée du mercure dans la partie chaude. A l'arrêt, il reste au maximum à vaporiser les 340 gr,, de mercure du circuit, ce qui corres- pond à 0,340 x 62 soit-21 grandes calories. Le temps nécessaire à cette vaporisation est d'environ 24 secondes.
Après blocage du pointeau D et évacuation de la branche ascendante par la vapeur de mercure, les seules fuites de calories vers la plaque par la canalisation se feront par con- duction à travers les parois de cette canalisation. En admettant que cette canalisation est constituée par des tubes d'acier dont le coefficient de conduction thermique est K = 0,2 et dont les parois ont 1 mm. d'épaisseur, la'température du bloc accumulateur étant supposée à 420 0 et la température ambiante à 20 C, les branches ascendante et descendante mesurant 30 cm,, ces pertes seront égales à
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2 ( 2 x 3.1416 x 0,2 X-3,60U x 4OUOC, ... 30 , > , .
= 24QI grandes calories par heure = 24,:,Iài5 x--iooo , 29,3watt .. 3 i
On voit qu'elles sont relativement très réduises.
Si la cuisinière doit comporter plusieurs plaques de chauffage B et un four, ces divers organes seront alimentés de préférence par des circuits distincts, tels que celui représenté au dessin dans leauel la branche de vaporisation et la branche de condensation au dessus du réservoir de retenue 0 porteront chacune une nourrice d'où partiront les canalisations ramifiées allant à ahacun des organes de chauffe; des robinets permettront d'isoler les organes de chauffe à laisser hors d'action.