"Dispositif et procédé de transfert de chaleur" La présente invention est relative à un dispositif de transfert de chaleur, en forme d'enceinte hermétiquement close, comprenant un évaporateur, dans lequel un agent caloporteur liquide est évaporé par apport de chaleur, un condenseur, dans lequel l'agent caloporteur vaporisé est condensé avec dégagement de chaleur, et au moins un conduit mettant en communication l'évaporateur et le condenseur.
La présente invention est également relative à un procédé de transfert de chaleur dans une enceinte hermétiquement close contenant un agent caloporteur, comprenant l'évaporation de l'agent caloporteur liquide dans une première zone de l'enceinte, appelée évaporateur, par apport de chaleur depuis un
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vaporisé dans une deuxième zone de l'enceinte, appelée condenseur, avec dégagement de chaleur de condensation vers un milieu
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porteur évaporé dans un conduit de préférence thermiquement isolé depuis l'évaporateur vers le condenseur ainsi que le retour de l'agent caloporteur condensé vers l'évaporateur.
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duc est un conducteur de chaleur constitué d'un tube étanche renfermant un fluide caloporteur , qui s'évapore à l'entrée d'un flux thermique, appelée évaporateur, par absorption de calories, et se condense à la sortie du flux thermique, appelée condenseur, par cession des calories reçues lors de l'évaporation. Il s'agit d'un transfert de chaleur quasiment isothermique.
Dans le cas où l'évaporateur est situé ai niveau inférieur et le condenseur au niveau supérieur, la vapeur monte 1 dans le condenseur et, après la condensation, le condensat formé retombe par gravité dans l'évaporateur.
Cependant, lorsque l'évaporateur et le condenseur sont situés au même niveau ou lorsque l'évaporateur se trouve au-dessus du condenseur, des problèmes de déplacement du condensat, difficiles à résoudre, surgissent.
Pour apporter une solution à ces problèmes on a prévu d'introduire dans le caloduc une structure capillaire capable de véhiculer le condensat depuis le condenseur vers l'évaporateur, tout en laissant passer les vapeurs formées à l'évaporateur. L'écoulement du liquide dépend alors de la force capillaire de cette structure, qui entraîne une relativement grande perte de charge, donc un débit faible,et ne permet nécessairement qu'une ascension très limitée du condensat. Cette solution n'assure donc pas l'alimentation de l'évaporateur en condensat, lorsque celui-ci est situé trop haut par rapport au condenseur.
On a également prévu de réunir l'évaporateur et le condenseur par un conduit thermiquement isolé, destiné au passage uniquement de l'agent caloporteur sous la forme de vapeur, et par un conduit thermiquement isolé, destiné au passage du condensat. Sur ce dernier conduit est agencé un accumulateur qui sert à la fois de réservoir de liquide entre le condenseur et l'évaporateur et de stabilisateur de la température et de la pression à des valeurs aussi constantes que possible . On a par exemple prévu
un accumulateur de ce genre sous la forme d'un soufflet enfermé dans une atmosphère de gaz non condensable, ou encore , sous la forme d'un récipient rempli d'une structure capillaire. Deux soupapes, l'une agencée en amont et l'autre en aval de l'accumulateur , réglant l'écoulement,depuis le condenseur vers l'accumu-lateur ou depuis l'accumulateur vers l'évaporateur,en fonction de la pression dans les différentes parties du dispositif.
Ces dispositifs présentent cependant l'inconvénient'd'une certaine perte d'énergie , que ce soit au niveau du soufflet ou de la matière de la structure capillaire. En fait ces dispositifs sont capables d'emmagasiner de l'énergie sous forme de pression, qui leur est communiquée lorsque la soupape en amont est ouverte et que le condensat provenant du condenseur arrive à l'accumula-
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de liquide, l'accumulateur cède alors l'énergie reçue au fluide qu'il contient, pour le renvoyer à l'évaporateur.
L'inconvénient majeur ce ces dispositifs est la capacité
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Pour éviter les inconvénients précités, on a prévu, suivant l'invention, un dispositif de transfert de chaleur du type cité au préambule, qui comprend au moins un deuxième condenseur situé au moins partiellement dans un milieu présentant une température égale ou inférieure à celle du milieu où est situé le premier condenseur et relié, d'une part, avec le fond de premier condenseur et, d'autre part, à partir de son fond , avec l'évaporateur , par l'intermédiaire'de conduits thermiquement isolés, un moyen de fermeture de conduit agencé dans le conduit reliant ces deux condenseurs et capable de s'ouvrir lorsque le premier condenseur présente une pression supérieure à celle du deudème condenseur, et des moyens d'introduction de l'agent caloporteur, condensé dans le deuxième condenseur, à l'intérieur de l'évaporateur .
V
Le dispositif suivant l'invention utilise donc la différence de pression existant entre deux ensembles condenseurs comme pression motrice pour transférer le condensat depuis l'ensemble condenseur à la pression la plus élevée vers le milieu évaporateur par l'intermédiaire de l'ensemble condenseur à la pression la plus basse, ou d'un réservoir associé à ce condenseur ou encore directement à un ensemble évaporateur soumis à la basse pression du condenseur à la pression la plus basse.
Suivant une forme de réalisation particulière de l'invention, le premier condenseur est constitué de plusieurs appareils de condensation montés en parallèle sur le conduit communiquant avec l'évaporateur et reliés chacun au conduit communiquant avec le deuxième condenseur par un conduit intermédiaire, dont l'embouchure est située au niveau du fond de l'appareil de condensation respectif et qui contient un moyen de fermeture de conduit capable de s'ouvrir lorsque l'appareil de condensation correspondant du premier condenseur présente une pression supérieure à celle du deuxième condenseur.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le deuxième condenseur est agencé à un niveau plus élevé que l'évaporateur avec lequel il est raccordé, par son fond,à titre de moyen d'introduction dans l'évaporateur de l'agent caloporteur
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re de conduit capable de s'ouvrir lorsque le niveau de liquide de l'évaporateur atteint un minimum prédéterminé, ce deuxième condenseur étant situé dans un milieu de température de préférence infé rieure à celle où est situé le premier condenseur. ;
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'in- vention, le deuxième condenseur comprend un réservoir thermiquement isolé, qui est agencé à un niveau plus élevé que l'évaporateur avec lequel il est raccordé, par son fond, à titre de moyen d'introduction dans l'évaporateur de l'agent caloporteur condensé, par un conduit d'évacuation pourvu d'un moyen de fer- meture de conduit capable de s'ouvrir lorsque le niveau de liquide de l'évaporateur atteint un minimum prédéterminé, et un réci- pient de condensation qui est situé dans un milieu présentant une température inférieure ou égale à celle du milieu où est situé le premier condenseur et qui est raccordé au sommet du réservoir
par un conduit d'amenée et présente à son fond un conduit de dé- s
! charge, qui contient un moyen de fermeture de conduit capable
de s'ouvrir lorsque le niveau de liquide du récipient de conden-
1 sation atteint un maximum prédéterminé.
Suivant une forme particulière de réalisation de l'in- vention, le dispositif comprend, agencé entre le premier con- * denseur et le deuxième condenseur, un deuxième évaporateur qui est relié, d'une part, au fond du premier condenseur par un conduit tnermiquement isolé dans lequel est situé ledit moyen de fermeture de conduit capable de s'ouvrir au cas où le premier condenseur présente une pression supérieure au deuxième condenseur
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thermiquement isolé, et, à titre de moyen d'introduction dans l'évaporateur d'agent caloporteur condensé, un conduit reliant
<EMI ID=8.1> nant un moyen de fermeture de conduit capable de s'ouvrir lorsque le deuxième condenseur présente une pression supérieure à celle du premier condenseur.
Le procédé de l'invention tel que défini au préambule se caractérise par le fait que la phase de retour susdite comprend l'aspiration du condensat formé dans le condenseur, en direction d'une troisième zone de l'enceinte, appelée deuxième condenseur, qui est située au moins partiellement dans un milieu présentant
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en agent calôporteur vaporisé en provenance de l'évaporateur, cette aspiration ayant lieu lorsque la pression dans le premier condenseur est supérieure à la pression dans le deuxième condenseur, et l'introduction du condensat, formé dans le deuxième condenseur, à l'intérieur de l'évaporateur.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après , à titre non limitatif, avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif de transfert de chaleur suivant l'invention. La figure 2 représente une vue schématique d'une variante de réalisation. La figure 3 représente une vue schématique d'une autre variante de réalisation.
Sur les différentes figures, les éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes. références.
Selon la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, le dispositif de transfert de chaleur comprend un premier évaporateur 1 dans lequel un agent caloporteur liquide 2 est évaporé <EMI ID=10.1>
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supérieure de l'évaporateur 1 par l'intermédiaire d'un conduit 5 revêtu de matière thermiquement isolante 6, et dans lequel l'agent caloporteur vaporisé est condensé avec dégagement de chaleur dans
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Ce dispositif de transfert de chaleur comprend en outre un deuxième condenseur 8 qui, dans le cas illustré, est agencé dans le même milieu 7 que le condenseur 4 et qui est relié au fond de ce dernier successivement par l'intermédiaire d'un conduit thermiquement isolé 9, d'un deuxième évaporateur 10 situé dans le même milieu 3 que l'évaporateur 1, et d'un conduit thermiquement isolé
11 s'étendant jusque dans la partie supérieure de l'évaporateur 10
Enfin le fond du condenseur 8 est relié à l'évaporateur 1 par l'intermédiaire d'un conduit thermiquement isolé 12.
Dans le conduit 9 est prévue une soupape 13 agencéeae manière à s'ouvrir lorsque la pression qui règne dans le condenseur 4 est supérieure à celle qui règne dans le condenseur 8, cette soupape étant rappelée contre son siège lorsque la différence de pression susdite a disparu ou s'est inversée sous l'ef-
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senté.
Dans le conduit 12 est prévue une soupape 14, du même type que la soupape 13, agencée de manière à s'ouvrir lorsque la pressionqui règne dans le condenseur 8 est supérieure à celle du condenseur 4.
Chaque évaporateur contient en outre, dans l'exemple illustré sur la figurel.,un récipient intermédiaire 15 ou respec tivement 16 dans le fond duquel débouché le conduit 9 ou respectivement 12. Ce récipient intermédiaire est agencé à l'intérieur
de l'évaporateur de manière à ne pas être soumis à un apport direct de chaleur de la part du milieu 3 et donc il est supporté dans l'évaporateur par exemple par des cornières non représentées qui le maintiennent à distance des parois de l'évaporateur. Cet agencement est doublement avantageux, d'une part, par le fait que le condensat en provenance du condenseur respectif ne s'évapore pas immédiatement comme il le ferait au contact des parois surchauffées de l'évaporateur et qu'il peut donc s'accumuler sous forme liquide dans ce récipient, sans qu'il y ait augmentation de pression dans l'évaporateur, et , d'autre part, par le fait que le condensat froid en provenance du condenseur refroidit encore davantage les parois du récipient intermédiaire et aussi l'atmosphère gazeuse surchauffée de l'évaporateur,
ce qui favorise encore l'effet d'aspiration du condensât à partir du condenseur.
Chaque récipient intermédiaire est muni de moyens de vidange de son contenu dans l'évaporateur lorsque le niveau de condensat dans ce récipient intermédiaire a atteint un maximum prédéterminé. Ce moyen de vidange peut par exemple être un siphon 17 ou respectivement 18, ce récipient intermédiaire étant ouvert, celui-ci est à la même pression que l'évaporateur. On peut cependant avoir intérêt à ce que la vidange ne soit pas totale. En effet, une fois l'évaporation terminée à l'évaporateur, un restant de liquide à l'intérieur du récipient va avantageusement à son to s'évaporer en captant la chaleur de son milieu ambiant au fur et à mesure de la chute de pression, ce qui refroidit le récipient intermédiaire.
Dans la phase, telle qu'illustrée sur la figure l,le
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par l'apport de calories en provenance du milieu 3,puis se condense dans le condenseur 4 en cédant les calories reçues au milieu 7. Il y a donc appel de calories de la part du condenseur 4 et cet appel est provoqué par la différence de pression résultant
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du liquide dans l'évaporateur, l'échange thermique entre les deux milieux 3 et 7 se fait de manière continue et presque isothermiquement.
Entre-temps,dans l'évaporateur 10, tout le liquide s'est évaporé. L'ééhange thermique cesse et la pression dans l'ensemble de l'évaporateur 10, du conduit 11 et du condenseur 8 baisse, car la température chute au niveau du condenseur 8. La pression dans le condenseur 8 devient donc inférieure à celle du condenseur 4, maintenue élevée par l'évaporateur 1 qui continue de fonctionner. Cette différence de pression permet l'ouverture de la soupape 13
et le passage du condensat du condenseur 4 dans le récipient intermédiaire 16 de l'évaporateur 10. Dans ce récipient 16, le condensat s'accumule et refroidit l'évaporateur, ce qui favorise encore davantage l'aspiration du condensat à travers le conduit 9. Pendant ce temps, la soupape 14 obture le conduit 12.
Lorsque le condensat atteint le niveau supérieur du siphon
18, le contenu du récipient 16 se vide en grande partie, mais non totalement, dans l'évaporateur qui recommence à fonctionner. De
ce fait, la pression dans l'évaporateur 10 et le condenseur 8 augmente et lorsqu'elle est rééquilibrée les deux soupapes 13 et
14 sont fermées .Si un déséquilibre en sens inverse se produit, 1 la soupape 14 s'ouvre et du liquide est réalimenté à l'évaporateur 1 d'une manière identique à celle qui vient d'être décrite.
Suivant la forme de réalisation illustrée sur la figure 2, le dispositif de transfert de chaleur comprend un évaporateur
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série de condenseurs 20,21 et 22, situés dans le milieu 7 de
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conduit thermiquement isolé 23 raccordé à la partie supérieure de l'évaporateur. Chacun des condenseurs 20,21 et 22 est relié
à un conduit thermiquement isolé 24 débouchant dans le fond d'un condenseur secondaire 25, par l'intermédiaire de conduits intermédiaires thermiquement isolés 26, 27 et respectivement 28. L'embouchure de chacun de ces conduits 26, 27 et 28 est située au fond de son condenseur respectif et chacun de ces conduits contient , dans l'exemple illustré, une soupape 29, 30 et 31 capable de s'ouvrir lorsque la pression à l'intérieur d'un de ces condenseurs 26,27 ou 28 est supérieure à la pression du condenseur secondaire 25. Les conduits 26, 27 et 28 sont en outre munis d'un moyen d'obturation 38, 39, 40 qui ne peut
s'ouvrir que lorsque le niveau du condensat dans le condenseur respectif a atteint un niveau minimum prédéterminé.
Le condenseur 25 est, dans le cas illustré sur la figure
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férence inférieure à T2 ou au maximum égale à cette dernière.
Par ailleurs,le condenseur 25 est agencé à un niveau supérieur à celui de l'évaporateur 19 auquel il est raccordé par un conduit d'évacuation 33, thermiquement isolé, qui contient un élément de fermeture de conduit 34 capable de s'ouvrir lorsque le niveau de liquide de l'évaporateur 19 atteint un niveau minimum prédéterminé
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veau. Le sommet du condenseur 25 est relié au sommet de l'évaporateur 19 par un conduit thermiquement isolé 35 qui contient par exemple un clapet de fermeture 36 qui est ouvert lorsque l'élément de fermeture 34 est ouvert et fermé lorsque ce dernier est fermé. De plus, le conduit 23 peut être muni par exemple d'un clapet de fermeture 37 qui est ouvert lorsque l'élément de fermeture 34 est fermé et qui est fermé lorsque ce dernier est ouvert, ce dernier clapet 37 n'étant pas obligatoire.
Le conduit d'entrée de chaque premier condenseur peut en outre être muni d'un manodétendeur 52,de préférence commandé au-
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l'intérieur du condenseur respectif. Un by-pass 53 thermiquement isolé peut être agencé sur le conduit d'entrée susdit de manière
à pouvoir court-circuiter le manodétendeur 52 et ce by-pass 53 contient un élément de fermeture de conduit 54 qui peut être ouvert lorsque le niveau du condensat dans le condenseur atteint un minimum prédéterminé, par l'intermédiaire d'un détecteur de niveau non représenté. Cet agencement est représenté uniquement sur le condenseur 20 pour des raisons de simplicité, mais il est aussi prévu sur les autres condenseurs.
Le fonctionnement du dispositif illustré sur la figure
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L'agent coloporteur liquide vaporisé dans l'évaporateur 19 se propage, par l'intermédiaire du conduit 23, dans les condenseurs 20, 21 et 22, où la pression est réglée par l'intermédiaire des monodétendeurs 52. Lorsque le condensat atteint
un certain niveau dans un de ces condenseurs, l'élément d'obturation� correspondant à celui du condenseur 21 dans le cas illustré, est ouvert, l'élément de fermeture 54 non représenté du by-pass non représenté s'ouvre et la pression maximum s'installe brusquement en entraînant une pulsion du condensat en direction du condenseur secondaire 25. Le fait que la température T3 soit inférieure à T2 favorise une diminution de pression supplémentaire dans le condenseur 25 et donc l'aspiration dans le conduit 24.
Lorsque le niveau du liquide dans l'évaporateur 19 a atteint un minimum prédéterminée l'élément de fermeture 34 s'ouvre, le clapet de fermeture 37 obture le conduit 24 et le clapet de fermeture 36 ouvre le conduit 35, ce qui permet l'évacuation par gravité du condensat contenu dans le condenseur 25 à l'intérieur de l'évaporateur 19.
Au moment où le liquide atteint un niveau maximum prédéterminé dans l'évaporateur 19, l'élément 34 ferme
le conduit 33, le clapet 36 ferme le conduit 35 et le clapet 37 ouvre le conduit 24.
Cependant, comme il est souvent peu judicieux d'agencer un milieu 32 qui représente une source de froid et un milieu 3 qui représente une source de chaud à proximité l'un de l'autre, on a prévu l'agencement du dispositif, tel qu'illustré sur la figure 3.
Ce dispositif se différencie du dispositif illustré pa la figure 2 par le fait que le condenseur secondaire est en fait formé d'un réservoir thermiquement isolé 41 et d'un récipient de condensation 42. Le réservoir 41 est situé à un niveau supérieur à celui de l'évaporateur 19, dans un milieu qui n'est pas nécessai-
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à l'évaporateur 19 comme l'était le condenseur 25 dans le dispositif selon la figure 2. Le récipient de condensation 42, situé dans le
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par un conduit thermiquement isolé qui est muni d'un clapet de fermeture 44 qui est fermé lorsque l'élément de fermeture 34 s'ou- vre et qui est ouvert lorsque ce dernier se ferme.
Le récipient de condensation 42 du condenseur secondaire est situé à un niveau plus élevé que le condenseur 22 auquel il est relié depuis son fond par un conduit de décharge thermiquement isolé 51 qui contient un clapet de fermeture 45 qui est ouvert uniquement lorsque le niveau de condensat dans le*récipient de condensation 42 a atteint un maximum prédéterminé. Il est également relié au sommet du condenseur 22 depuis son sommet par un conduit thermiquement isolé 46 qui contient un clapet de ferme- ture 47 qui s'ouvre uniquement lorsque le clapet 45 est ouvert. Lorsque ce dernier est ouvert, un clapet 48, prévu dans le con- duit 43, et un clapet 49, prévu dans le conduit d'entrée 50 des vapeurs d'agent caloporteur dans le condenseur 22, se ferment au- tomatiquement . Ils s'ouvrent lorsque ce clapet 45 se ferme.
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que celui décrit pour le dispositif selon la figure 2. Dans ce cas, cependant, la pression est basse dans le réservoir 41 grâce à l'intervention du récipient de condensation 42 du condenseur secondaire auquel il est relié.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en
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et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
On peut par exemple envisager l'agencement de plus .de deux groupes évaporateur-condenseur selon la figure 1, chaque condenseur d'un groupe étant relié à l'évaporateur du groupe suivant, le condenseur du dernier groupe étant lui relié à l'évaporateur du premier groupe.
On peut aussi prévoir un agencement des récipients intermédiaires 15,16 hors des évaporateurs 1 et 10. Ces récipients sont alors thermiquement isolés et reliés de manière appropriée aux évaporateurs par des conduits.
Les dispositifs prévus suivant l'invention peuvent être adaptés selon leur application par exemple dans le chauffage de maison d'habitation, la récupération d'énergie géothermique, la récupération d'énergie solaire, etc.....
Exemples d'application
Application I
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chaleur, des fluides tels que ceux rejetés à la sortie de centrales thermiques.
Les cycles servant à produire de l'énergie mécanique et de la vapeur de chauffage sont combinés.Naturellement, une partie de l'énergie mécanique disponible par rapport aux centrales normales est perdue. D'autre part, grâce à une vapeur (possédant une température très appréciable pour le chauffage domestique) sortant de la turbine, on véhicule même sur de très
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transfert de chaleur suivant l'invention agencé horizontalement, ceci, sans devoir produire la moindre énergie supplémentaire et en minimisant au maximum la chute de température. Une partie
"Heat transfer device and method" The present invention relates to a heat transfer device, in the form of a hermetically sealed enclosure, comprising an evaporator, in which a liquid heat transfer agent is evaporated by the supply of heat, a condenser, in which the vaporized heat transfer agent is condensed with release of heat, and at least one conduit putting the evaporator and the condenser into communication.
The present invention also relates to a method of heat transfer in a hermetically sealed enclosure containing a heat transfer agent, comprising the evaporation of the liquid heat transfer agent in a first zone of the enclosure, called an evaporator, by supplying heat from a
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vaporized in a second zone of the enclosure, called condenser, with release of heat of condensation towards a medium
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carrier evaporated in a duct preferably thermally insulated from the evaporator to the condenser as well as the return of the condensed heat transfer agent to the evaporator.
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duc is a heat conductor made up of a tight tube containing a heat-transfer fluid, which evaporates at the entry of a thermal flow, called evaporator, by absorption of calories, and condenses at the exit of the thermal flow, called condenser, by transfer of the calories received during evaporation. This is an almost isothermal heat transfer.
In the case where the evaporator is located at the lower level and the condenser at the upper level, the vapor rises 1 in the condenser and, after the condensation, the condensate formed falls by gravity into the evaporator.
However, when the evaporator and the condenser are located at the same level or when the evaporator is above the condenser, problems of displacement of the condensate, difficult to solve, arise.
To provide a solution to these problems, provision has been made to introduce a capillary structure capable of conveying the condensate from the condenser to the evaporator, while letting the vapors formed pass through the evaporator. The flow of the liquid then depends on the capillary force of this structure, which results in a relatively large pressure drop, therefore a low flow rate, and necessarily only allows a very limited rise in the condensate. This solution therefore does not supply the evaporator with condensate, when the latter is located too high relative to the condenser.
Provision has also been made to combine the evaporator and the condenser by a thermally insulated conduit, intended for the passage only of the heat transfer agent in the form of vapor, and by a thermally insulated conduit, intended for the passage of condensate. On this latter duct is arranged an accumulator which serves both as a liquid reservoir between the condenser and the evaporator and as a temperature and pressure stabilizer at values as constant as possible. For example, we have planned
such an accumulator in the form of a bellows enclosed in an atmosphere of non-condensable gas, or alternatively, in the form of a container filled with a capillary structure. Two valves, one arranged upstream and the other downstream of the accumulator, regulating the flow, from the condenser to the accumulator or from the accumulator to the evaporator, depending on the pressure in the different parts of the device.
However, these devices have the drawback of a certain loss of energy, whether at the bellows or at the material of the capillary structure. In fact, these devices are capable of storing energy in the form of pressure, which is communicated to them when the upstream valve is open and the condensate from the condenser arrives at the accumulator.
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of liquid, the accumulator then cedes the energy received to the fluid it contains, to return it to the evaporator.
The major drawback of these devices is the capacity
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To avoid the abovementioned drawbacks, provision has been made, according to the invention, for a heat transfer device of the type mentioned in the preamble, which comprises at least one second condenser located at least partially in a medium having a temperature equal to or lower than that of the environment where the first condenser is located and connected, on the one hand, with the bottom of the first condenser and, on the other hand, from its bottom, with the evaporator, via thermally insulated conduits, a conduit closure means arranged in the conduit connecting these two condensers and capable of opening when the first condenser has a pressure higher than that of the deudeme condenser, and means for introducing the heat transfer agent, condensed in the second condenser , inside the evaporator.
V
The device according to the invention therefore uses the pressure difference existing between two condenser assemblies as the driving pressure to transfer the condensate from the condenser assembly at the highest pressure to the evaporator medium via the condenser assembly at the lowest pressure, or from a reservoir associated with this condenser or even directly to an evaporator assembly subjected to the low pressure of the condenser at the lowest pressure.
According to a particular embodiment of the invention, the first condenser consists of several condensing devices mounted in parallel on the duct communicating with the evaporator and each connected to the duct communicating with the second condenser by an intermediate duct, the mouth is located at the bottom of the respective condensing apparatus and which contains a means for closing the duct capable of opening when the corresponding condensing apparatus of the first condenser has a pressure higher than that of the second condenser.
According to another embodiment of the invention, the second condenser is arranged at a higher level than the evaporator with which it is connected, by its bottom, as a means of introduction into the evaporator of the agent coolant
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re duct capable of opening when the liquid level of the evaporator reaches a predetermined minimum, this second condenser being located in a medium of temperature preferably lower than that where the first condenser is located. ;
According to an advantageous embodiment of the invention, the second condenser comprises a thermally insulated tank, which is arranged at a higher level than the evaporator with which it is connected, by its bottom, as a means of introduction into the evaporator of the condensed heat transfer agent, via a discharge pipe provided with a means of closing the pipe capable of opening when the liquid level of the evaporator reaches a predetermined minimum, and a condensation container which is located in a medium having a temperature lower than or equal to that of the medium where the first condenser is located and which is connected to the top of the tank
by a supply duct and has a bottom duct at its bottom
! charge, which contains a means for closing a duct capable
open when the liquid level in the condensate container
1 station reaches a predetermined maximum.
According to a particular embodiment of the invention, the device comprises, arranged between the first condenser and the second condenser, a second evaporator which is connected, on the one hand, to the bottom of the first condenser by a conduit thermally insulated in which said duct closure means is capable of opening in the event that the first condenser has a pressure higher than the second condenser
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thermally insulated, and, as a means of introduction into the evaporator of condensed heat transfer agent, a conduit connecting
<EMI ID = 8.1> nant means for closing the duct capable of opening when the second condenser has a pressure higher than that of the first condenser.
The method of the invention as defined in the preamble is characterized in that the aforementioned return phase comprises the suction of the condensate formed in the condenser, in the direction of a third zone of the enclosure, called the second condenser, which is located at least partially in an environment with
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in heat transfer agent vaporized from the evaporator, this suction taking place when the pressure in the first condenser is higher than the pressure in the second condenser, and the introduction of the condensate, formed in the second condenser, inside the evaporator.
Other details and particularities of the invention will emerge from the description given below, without implied limitation, with reference to the attached drawings.
Figure 1 shows a schematic view of a heat transfer device according to the invention. Figure 2 shows a schematic view of an alternative embodiment. Figure 3 shows a schematic view of another alternative embodiment.
In the various figures, identical or analogous elements are designated by the same. references.
According to the embodiment illustrated in Figure 1, the heat transfer device comprises a first evaporator 1 in which a liquid heat transfer agent 2 is evaporated <EMI ID = 10.1>
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upper part of the evaporator 1 via a duct 5 coated with thermally insulating material 6, and in which the vaporized heat transfer agent is condensed with release of heat in
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This heat transfer device further comprises a second condenser 8 which, in the illustrated case, is arranged in the same medium 7 as the condenser 4 and which is connected to the bottom of the latter successively by means of a thermal conduit insulated 9, a second evaporator 10 located in the same medium 3 as the evaporator 1, and a thermally insulated conduit
11 extending to the top of the evaporator 10
Finally, the bottom of the condenser 8 is connected to the evaporator 1 via a thermally insulated conduit 12.
In the conduit 9 is provided a valve 13 arranged so as to open when the pressure prevailing in the condenser 4 is greater than that prevailing in the condenser 8, this valve being urged against its seat when the above-mentioned pressure difference has disappeared or reversed under the ef-
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smelled.
In the duct 12 is provided a valve 14, of the same type as the valve 13, arranged so as to open when the pressure which prevails in the condenser 8 is greater than that of the condenser 4.
Each evaporator further contains, in the example illustrated in the figure., An intermediate container 15 or respectively 16 in the bottom of which opens the conduit 9 or respectively 12. This intermediate container is arranged inside
of the evaporator so as not to be subjected to a direct supply of heat from the medium 3 and therefore it is supported in the evaporator for example by angles not shown which keep it away from the walls of the evaporator . This arrangement is doubly advantageous, on the one hand, by the fact that the condensate from the respective condenser does not evaporate immediately as it would on contact with the overheated walls of the evaporator and that it can therefore accumulate in liquid form in this container, without any increase in pressure in the evaporator, and, on the other hand, by the fact that the cold condensate coming from the condenser cools the walls of the intermediate container even more and also l '' superheated gaseous atmosphere of the evaporator,
which further promotes the suction effect of the condensate from the condenser.
Each intermediate container is provided with means for draining its content in the evaporator when the level of condensate in this intermediate container has reached a predetermined maximum. This draining means can for example be a siphon 17 or respectively 18, this intermediate container being open, the latter is at the same pressure as the evaporator. It may, however, be advantageous if the emptying is not total. In fact, once the evaporation is finished on the evaporator, a remainder of the liquid inside the container will advantageously evaporate by capturing the heat from its ambient medium as the pressure drops , which cools the intermediate container.
In the phase, as illustrated in FIG. 1, the
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by the supply of calories from the medium 3, then condenses in the condenser 4 by yielding the calories received in the medium 7. There is therefore a call for calories from the condenser 4 and this call is caused by the difference of resulting pressure
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liquid in the evaporator, the heat exchange between the two media 3 and 7 takes place continuously and almost isothermally.
Meanwhile, in the evaporator 10, all the liquid has evaporated. The heat exchange ceases and the pressure in the whole of the evaporator 10, of the duct 11 and of the condenser 8 decreases, because the temperature drops at the level of the condenser 8. The pressure in the condenser 8 therefore becomes lower than that of the condenser 4, kept high by the evaporator 1 which continues to operate. This pressure difference allows the opening of the valve 13
and the passage of the condensate from the condenser 4 into the intermediate container 16 of the evaporator 10. In this container 16, the condensate collects and cools the evaporator, which further promotes the suction of the condensate through the conduit 9 During this time, the valve 14 closes the conduit 12.
When the condensate reaches the upper level of the siphon
18, the contents of the container 16 are largely, but not completely, emptied into the evaporator which resumes operation. Of
this fact, the pressure in the evaporator 10 and the condenser 8 increases and when it is rebalanced the two valves 13 and
14 are closed. If an imbalance in the opposite direction occurs, 1 the valve 14 opens and liquid is re-supplied to the evaporator 1 in a manner identical to that which has just been described.
According to the embodiment illustrated in Figure 2, the heat transfer device comprises an evaporator
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series of condensers 20,21 and 22, located in the middle 7 of
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thermally insulated conduit 23 connected to the upper part of the evaporator. Each of the condensers 20, 21 and 22 is connected
to a thermally insulated conduit 24 opening into the bottom of a secondary condenser 25, by means of thermally insulated intermediate conduits 26, 27 and respectively 28. The mouth of each of these conduits 26, 27 and 28 is located at the bottom of its respective condenser and each of these conduits contains, in the example illustrated, a valve 29, 30 and 31 capable of opening when the pressure inside one of these condensers 26, 27 or 28 is greater than the pressure of the secondary condenser 25. The conduits 26, 27 and 28 are further provided with a closure means 38, 39, 40 which cannot
open only when the condensate level in the respective condenser has reached a predetermined minimum level.
The condenser 25 is, in the case illustrated in the figure
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reference less than T2 or at most equal to the latter.
Furthermore, the condenser 25 is arranged at a level higher than that of the evaporator 19 to which it is connected by an exhaust duct 33, thermally insulated, which contains a duct closing element 34 capable of opening when the liquid level of evaporator 19 reaches a predetermined minimum level
<EMI ID = 19.1>
veal. The top of the condenser 25 is connected to the top of the evaporator 19 by a thermally insulated conduit 35 which contains for example a closing valve 36 which is open when the closing element 34 is open and closed when the latter is closed. In addition, the conduit 23 may be provided for example with a closing valve 37 which is open when the closing element 34 is closed and which is closed when the latter is open, the latter valve 37 not being compulsory.
The inlet conduit of each first condenser can also be provided with a pressure regulator 52, preferably controlled at-
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inside the respective condenser. A thermally insulated bypass 53 can be arranged on the aforementioned inlet duct so
able to short-circuit the pressure regulator 52 and this by-pass 53 contains a duct closing element 54 which can be opened when the level of condensate in the condenser reaches a predetermined minimum, by means of a non-level detector represented. This arrangement is shown only on the condenser 20 for reasons of simplicity, but it is also provided on the other condensers.
The operation of the device illustrated in the figure
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The liquid transport agent vaporized in the evaporator 19 propagates, via the conduit 23, in the condensers 20, 21 and 22, where the pressure is regulated by means of the monodetensioners 52. When the condensate reaches
a certain level in one of these condensers, the shutter element � corresponding to that of the condenser 21 in the illustrated case, is open, the closing element 54 not shown of the by-pass not shown opens and the maximum pressure suddenly settles causing a condensate pulse towards the secondary condenser 25. The fact that the temperature T3 is lower than T2 promotes a reduction in additional pressure in the condenser 25 and therefore the suction in the duct 24.
When the level of the liquid in the evaporator 19 has reached a predetermined minimum the closing element 34 opens, the closing valve 37 closes the conduit 24 and the closing valve 36 opens the conduit 35, which allows the evacuation by gravity of the condensate contained in the condenser 25 inside the evaporator 19.
When the liquid reaches a predetermined maximum level in the evaporator 19, the element 34 closes
the conduit 33, the valve 36 closes the conduit 35 and the valve 37 opens the conduit 24.
However, as it is often unwise to arrange a medium 32 which represents a source of cold and a medium 3 which represents a source of heat close to one another, provision has been made for the arrangement of the device, such as as illustrated in Figure 3.
This device differs from the device illustrated in FIG. 2 by the fact that the secondary condenser is in fact formed by a thermally insulated tank 41 and a condensation container 42. The tank 41 is located at a level higher than that of the evaporator 19, in an environment which is not necessary
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to the evaporator 19 as was the condenser 25 in the device according to FIG. 2. The condensation container 42, located in the
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by a thermally insulated duct which is provided with a closing valve 44 which is closed when the closing element 34 opens and which is opened when the latter closes.
The condensation container 42 of the secondary condenser is located at a higher level than the condenser 22 to which it is connected from its bottom by a thermally insulated discharge conduit 51 which contains a shut-off valve 45 which is opened only when the level of condensate in the condensation container 42 has reached a predetermined maximum. It is also connected to the top of the condenser 22 from its top by a thermally insulated conduit 46 which contains a closing valve 47 which opens only when the valve 45 is open. When the latter is open, a valve 48, provided in the duct 43, and a valve 49, provided in the inlet duct 50 of the heat transfer agent vapors in the condenser 22, close automatically. They open when this valve 45 closes.
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than that described for the device according to FIG. 2. In this case, however, the pressure is low in the tank 41 thanks to the intervention of the condensation container 42 of the secondary condenser to which it is connected.
It should be understood that the present invention is not in
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and that many modifications can be made without departing from the scope of this patent.
One can for example consider the arrangement of more than two evaporator-condenser groups according to FIG. 1, each condenser of a group being connected to the evaporator of the next group, the condenser of the last group being itself connected to the evaporator from the first group.
It is also possible to provide an arrangement of the intermediate containers 15, 16 outside of the evaporators 1 and 10. These containers are then thermally insulated and appropriately connected to the evaporators by conduits.
The devices provided according to the invention can be adapted according to their application for example in the heating of a dwelling house, the recovery of geothermal energy, the recovery of solar energy, etc.
Application examples
Application I
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heat, fluids such as those discharged from thermal power plants.
The cycles used to produce mechanical energy and heating steam are combined. Naturally, part of the mechanical energy available compared to normal power stations is lost. On the other hand, thanks to a steam (having a very appreciable temperature for domestic heating) leaving the turbine, one even vehicles on very
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heat transfer according to the invention arranged horizontally, without having to produce the least additional energy and minimizing the temperature drop as much as possible. A part