FR2494419A1

FR2494419A1 - Heat accumulator with unidirectional heat transfer duct - has duct transferring heat from source to tank with severed wick contained within it

Info

Publication number: FR2494419A1
Application number: FR8024184A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1980-11-14
Publication date: 1982-05-21

Abstract

The heat store (1) is connected by a thermal transfer device to a heat or cold tank (3). The transfer device is a heat duct (2) which is unidirectional. This transfers heat from an outer end to the tank, the other end is also connected to the tank. The heat duct is vertical and has a wick (21a,21b) which is severed near the connection between the iside and outside of the tank. The heat duct has irregularities formed on its inner wall.

Description

On sait que les caloducs sont des dispositifs de transfert thermique comportant au moins un tube fermé à ses deux extrémités, contenant un liquide caloporteur à l'état de vapeur saturante et muni, le long de sa paroi, d'une structure capillaire, en général une mèche qui relie une extrémité du tube à l'autre et sert à transférer, par capillarité, le liquide résultant de la condensation de ladite vapeur à l'extrémité froide vers l'extrémité chaude où il est vaporisé. Le fluide de transfert thermique se déplace ainsi à grande vitesse en circuit fermé à l'intérieur du tube, qui devient quasi-instantanément sensiblement isotherme. We know that heat pipes are heat transfer devices comprising at least one tube closed at both ends, containing a heat transfer liquid in the state of saturated vapor and provided, along its wall, with a capillary structure, in general a wick which connects one end of the tube to the other and serves to transfer, by capillary action, the liquid resulting from the condensation of said vapor at the cold end towards the hot end where it is vaporized. The heat transfer fluid thus moves at high speed in a closed circuit inside the tube, which becomes almost instantly isothermal.

Un tel dispositif est parfaitement bi-directionnel, en ce sens qu'il suffit d'échanger les positions de la source chaude et de la source froide couplées thermiquement aux deux extrémités du tube pour que la circulation du fluide s'inverse. Such a device is perfectly bi-directional, in that it suffices to exchange the positions of the hot source and the cold source thermally coupled to the two ends of the tube so that the circulation of the fluid is reversed.

Bien entendu, il n'en sera ainsi que si la gravité ne s'oppose pas au transfert du liquide par capillarité, ce qui n'est pas le cas si le tube est en position verticale ou trop éloigné de la position horizontale, auquel cas le transfert calorifique ne pourra s'effectuer efficacement que de son extrémité inférieure vers son extrémité supérieure. Il s'agit d'une limitation connue à l'emploi des caloducs dans leurs applicatipns habituelles. Of course, this will only be the case if gravity does not prevent the transfer of the liquid by capillary action, which is not the case if the tube is in the vertical position or too far from the horizontal position, in which case heat transfer can only be carried out efficiently from its lower end to its upper end. This is a known limitation to the use of heat pipes in their usual applications.

L'invention a pour objet l'application d'un échangeur du genre caloduc, spécialement agencé et disposé pour que le transfert de chaleur soit aussi uni-directionnel que possible, à la réalisation d'un accumulateur de chaleur ou de froid. The subject of the invention is the application of an exchanger of the heat pipe type, specially arranged and arranged so that the heat transfer is as uni-directional as possible, to the production of a heat or cold accumulator.

Suivant l'invention, cet accumulateur comprend une source de calories, ou respectivement, de frigories, reliée par un dispositif de transfert thermique à un réservoir de calories, ou respectivement, de frigories et est caractérisé en ce que ledit dispositif de transfert thermique comprend un tel caloduc uni-directionnel qui traverse la paroi dudit réservoir. According to the invention, this accumulator comprises a source of calories, or respectively, of frigories, connected by a thermal transfer device to a reservoir of calories, or respectively, of frigories and is characterized in that said thermal transfer device comprises a such a uni-directional heat pipe which crosses the wall of said tank.

Suivant un mode d'exécution préféré, ledit caloduc unidirectionnel est constitué par un caloduc disposé verti calmement et aont la mèche est coupée à l'endroit de ladite paroi ou, de préférence conservée seulement dans la section d'entrée des calories ou d'utilisation des frigories. According to a preferred embodiment, said unidirectional heat pipe is constituted by a heat pipe arranged vertically calmly and in which the wick is cut at the location of said wall or, preferably kept only in the section for entering calories or for use. frigories.

Les diverses particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaitront clairement à la lumière de la description ci-après. The various features, as well as the advantages of the invention, will become apparent in the light of the description below.

Au dessin annexé
La figure 1 représente schématiquement un accumulateur d'eau chaude à capteur solaire qui fait application de l'invention
La figure 2 représente un accumulateur d'eau chaude à bradeur à gaz
La figure 3 représente un accumulateur de froid comportant un échangeur thermique relié à une enceinte calorifugée et
La figure 4 est une vue partielle de détail d'un mode d'exécution préféré de l'accumulateur de la figure 1.In the attached drawing
FIG. 1 schematically represents a hot water accumulator with solar collector which makes use of the invention
FIG. 2 represents a hot water accumulator with a gas drainer
FIG. 3 represents a cold accumulator comprising a heat exchanger connected to a thermally insulated enclosure and
FIG. 4 is a partial detail view of a preferred embodiment of the accumulator of FIG. 1.

L'appareil de la figure 1 comporte, de façon connue en soi, un capteur solaire plan à circulation d'eau 1 qui assure le chauffage de l'eau qui circule dans un serpentin Il, ou autre dispositif échangeur de température (11 a - Il b, figure 4). Ce dernier est couplé thermiquement à l'extrémité inférieure dincaloduc 2 agencé et disposé de manière à effectuer un transfert thermique uniquement depuis son extrémité inférieure vers son extrémité supérieure. The apparatus of FIG. 1 comprises, in a manner known per se, a flat solar collector with water circulation 1 which ensures the heating of the water which circulates in a coil II, or other temperature exchanger device (11 a - Il b, figure 4). The latter is thermally coupled to the lower end of the pipeline 2 arranged and arranged so as to effect a heat transfer only from its lower end to its upper end.

Plus précisément, le caloduc 2 est disposé verticalement et la mèche qu'il comporte est sectionnée en deux tronçons 21 a et 21 b disposés, l'un à l'intérieur, l'autre à l'extérieur du réservoir d'eau chaude 3, la mèche étant ainsi interrompue à l'endroit du gradient thermique qui existe entre les deux côtés du fond dudit réservoir. More specifically, the heat pipe 2 is arranged vertically and the wick which it comprises is sectioned into two sections 21 a and 21 b arranged, one inside, the other outside the hot water tank 3 , the wick being thus interrupted at the location of the thermal gradient which exists between the two sides of the bottom of said tank.

Selon un mode d'exécution préféré, représenté à la figure 4, le tronçon 21 a sera complètement supprimé, l'essentiel étant que la mèche 21 b règne sur toute la hauteur de la section d'entrée Z 1 des calories, afin que la surface de vaporisation du liquide caloporteur soit aussi grande que possible. Be reste du tube 2 (section de sortie Z 3 des calories et, éventuellement, section d'isolement Z 2) comporte des cannelures 20 sur sa paroi intérieure. According to a preferred embodiment, shown in Figure 4, the section 21 a will be completely eliminated, the main thing being that the wick 21 b prevails over the entire height of the input section Z 1 of the calories, so that the vaporization area of the heat transfer liquid is as large as possible. Be remains of the tube 2 (outlet section Z 3 of calories and, optionally, isolation section Z 2) has grooves 20 on its inner wall.

Des ailettes 22 sont prévues sur la portion du caloduc intérieure au réservoir 3 (section d'utilisation des calories). Fins 22 are provided on the portion of the heat pipe inside the reservoir 3 (section for using calories).

Lorsque la température de l'extrémité inférieure du caloduc est supérieure à la température de son extrémité supérieure le fluide caloporteur, par exemple de l'eau, contenu dans le caloduc se vaporise à l'extrémité inférieure jusqu'à ce que la tension de vapeur saturante soit atteinte, tandis qu'une condensation se produit à l'extrémité supérieure. L'eau ainsi obtenue descend par le tronçon de mèche 21 a, ruisselle et descend par gravité le long de la paroi interne du caloduc dépourvue de mèche, puis par le tronçon de mèche 21 b. il se produit ainsi une circulation de l'eau sous ses deux états, qui a pour effet de transférer très rapidement des calories de l'extrémité inférieure jusqu'à l'extrémité supérieure, où elles sont transmises à l'eau du réservoir.S'il se produit par contre que, en l'absence de rayonnement solaire, la température de l'extrémité inférieure du caloduc soit inférieure à celle de l'extrémité supérieure, l'eau qui résulte de la condensation de vapeur à l'extrémité inférieure du caloduc ne peut remonter, par capillarité, au-delà du tronçon de mèche 21 b. Par conséquent, pratiquement aucun transfert thermique ne s'effectue vers l'extérieur du réservoir. When the temperature of the lower end of the heat pipe is higher than the temperature of its upper end the heat transfer fluid, for example water, contained in the heat pipe vaporizes at the lower end until the vapor pressure saturation is reached, while condensation occurs at the upper end. The water thus obtained descends through the section of wick 21 a, trickles and descends by gravity along the internal wall of the heat pipe devoid of wick, then through the section of wick 21 b. there is thus a circulation of water in its two states, which has the effect of transferring calories very quickly from the lower end to the upper end, where they are transmitted to the water in the tank. 'it does happen that, in the absence of solar radiation, the temperature of the lower end of the heat pipe is lower than that of the upper end, the water resulting from the condensation of vapor at the lower end of the heat pipe cannot go up, by capillary action, beyond the section of wick 21 b. Consequently, practically no heat transfer takes place outside the tank.

'les avantages de cette solution sont évidents aucun dispositif de régulation thermostatique n'est nécessaire, l'appareil ne comportant finalement que des organes statiques et ne nécessitant aucune alimentation électrique ; l'eau contenue dans le caloduc joue le rôle de fluide intermédiaire entre l'eau du réservoir et le liquide qui circule dans le capteur, si bien que tout risque de pollution de l'eau du réservoir est supprimé ; on notera enfin que le caloduc peut être introduit dans l'orifice habituellement ménagé à la base des réservoirs des chauffe-eaux électriques pour le passage des résistances de chauffage. 'the advantages of this solution are obvious no thermostatic regulation device is necessary, the device finally comprising only static organs and requiring no electrical supply; the water contained in the heat pipe acts as an intermediate fluid between the water in the tank and the liquid circulating in the sensor, so that any risk of pollution of the water in the tank is eliminated; note finally that the heat pipe can be introduced into the orifice usually provided at the base of the tanks of electric water heaters for the passage of heating resistors.

il doit être bien compris que l'appareil pourrait encore fonctionner si le caloduc était incliné par rapport à la verticale, pourvu que cette inclinaison soit suffisamment faible pour interdire le transfert de l'eau liquide de l'extrémité du caloduc extérieure au réservoir vers l'extrémité intérieure. On pourrait supprimer complètement la mèche, gui n'a d'autre fonction que d'augmenter la surface de vaporisation ou de condensation de l'eau contenue dans le caloduc, fonction qui pourrait être remplie en ménageant, sur la paroi interne de celuici, des cannelures ou autres irrégularités de surface. it should be understood that the device could still operate if the heat pipe was inclined relative to the vertical, provided that this inclination is sufficiently small to prevent the transfer of liquid water from the end of the heat pipe outside the tank to the interior end. We could completely remove the wick, which has no other function than to increase the area of vaporization or condensation of the water contained in the heat pipe, a function which could be fulfilled by sparing, on the internal wall of it, grooves or other surface irregularities.

A la figure 2, on a représenté une variante d'exécution du dispositif de la figure 1, dans laquelle le générateur thermique à capteur solaire est remplacé par un brûleur à gaz 4, monté dans une cheminée 5 et coopérant avec'l'extrémité inférieure, munie d'ailettes 23, d'un caloduc 2 par ailleurs similaire à celui de la figure 1. In Figure 2, an alternative embodiment of the device of Figure 1 is shown, in which the thermal generator with solar collector is replaced by a gas burner 4, mounted in a chimney 5 and cooperating with the lower end. , provided with fins 23, of a heat pipe 2 moreover similar to that of FIG. 1.

Lorsque le brûleur est en veilleuse et que l'extrémité inferieure du caloduc atteint une température plus basse que celle de l'extrémité supérieure, aucun transfert de calories ne peut s'effectuer vers ladite extrémité inférieure et il n'y a donc pas de pertes thermiques par la cheminée 5. When the burner is on standby and the lower end of the heat pipe reaches a temperature lower than that of the upper end, no transfer of calories can take place towards said lower end and there is therefore no loss thermal by the chimney 5.

A la figure 3, on a représenté une enceinte calorifugée 6 reliée à l'atmosphère extérieure par un caloduc unidirectionnel 7 du type décrit ci-dessus muni d'ailettes d'échange thermique à son extrémité inférieure contenue dans l'enceinte, et d'un échangeur thermique de dimensions importantes à son extrémité extérieure à l'enceinte. Lorsque la température extérieure est plus basse que celle qui règne à l'intérieur de l'enceinte, le caloduc uni-directionnel 7 transfère des calories de l'enceinte vers l'extérieur ; par contre, aucun transfert de calories ne peut se faire de l'extérieur vers l'intérieur pendant les périodes où la température extérieure est élevée. Be dispositif fonctionne donc en accumulateur de froid. In Figure 3, there is shown a heat-insulated enclosure 6 connected to the external atmosphere by a unidirectional heat pipe 7 of the type described above provided with heat exchange fins at its lower end contained in the enclosure, and a heat exchanger of large dimensions at its end external to the enclosure. When the outside temperature is lower than that inside the enclosure, the uni-directional heat pipe 7 transfers calories from the enclosure to the outside; on the other hand, no transfer of calories can be done from the outside to the inside during periods when the outside temperature is high. Be device therefore works as a cold accumulator.

'les applications de l'invention qui viennent d'être décrites ne sont pas limitatives. La source de chaleur ou de froid pourrait être d'un type quelconque, l'appareil ne prenant toutefois tout son intérêt que s'il s'agit d'une source irrégulière, ainsi que le réservoir de calories ou de frigories et les organes échangeurs thermiques disposés aux extrémités du caloduc unidirectionnel". On notera que ce terme désigne ici un dispositif qui, bien que sa structure soit proche de celle d'un caloduc classique, s'en distingue toutefois radicalement par l'absence de réversibilité du transfert thermique. 'The applications of the invention which have just been described are not limiting. The source of heat or cold could be of any type, the device however taking all its interest only if it is an irregular source, as well as the reservoir of calories or frigories and the exchangers thermals arranged at the ends of the unidirectional heat pipe ". It will be noted that this term designates here a device which, although its structure is close to that of a traditional heat pipe, is however radically distinguished by the absence of reversibility of the heat transfer.

Claims

1 - Accumulator of heat, or, respectively, of cold, comprising a source of calories or, respectively, of frigories, connected by a device for thermal transfer to a reservoir of calories or, respectively, of frigories, characterized in that said device heat transfer comprises a heat pipe type exchanger arranged and arranged to perform a unidirectional heat transfer between an end outside said tank and another end inside said tank.

2 - Accumulator according to claim 1, characterized in that said heat pipe is arranged vertically or in a position not far away from the vertical.

3 - Accumulator according to claim 1 or a, characterized in that said heat pipe comprises a wick cut at the location of the passage between the inside and the outside of the tank, said wick preferably comprising only a lower section.

4 - Accumulator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that said heat pipe has surface irregularities on its inner wall.

5 - Accumulator according to one of claims 1 to 4, characterized in that said heat pipe is provided, at its end inside the tank, heat exchange members with the tank.

6 - Cold accumulator according to one of claims 1 to 5, characterized in that said tank is constituted by a heat-insulated enclosure and that the end of the heat pipe outside said enclosure is provided with a heat exchanger coupled to the atmosphere room or an irregular source of frigories.