EP0772757B1 - Systeme de transfert d'energie entre une source chaude et une source froide - Google Patents

Systeme de transfert d'energie entre une source chaude et une source froide Download PDF

Info

Publication number
EP0772757B1
EP0772757B1 EP95926430A EP95926430A EP0772757B1 EP 0772757 B1 EP0772757 B1 EP 0772757B1 EP 95926430 A EP95926430 A EP 95926430A EP 95926430 A EP95926430 A EP 95926430A EP 0772757 B1 EP0772757 B1 EP 0772757B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
capillary
liquid
vapor
fluid
evaporator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95926430A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0772757A1 (fr
Inventor
Thierry Maciaszek
Hervé HUXTAIX
Michel Feuillatre
Jacques Mauduyt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Original Assignee
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National dEtudes Spatiales CNES filed Critical Centre National dEtudes Spatiales CNES
Publication of EP0772757A1 publication Critical patent/EP0772757A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0772757B1 publication Critical patent/EP0772757B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/043—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure forming loops, e.g. capillary pumped loops

Definitions

  • the present invention relates to a system for energy transfer between a hot source and a source cold, using a pumped two-phase loop capillary.
  • Two-phase capillary pump loops provide profit the following physical phenomenon: if we send, to a end of a heated capillary tube, a liquid having suitable properties, this liquid enters the tube capillary to a point where it completely vaporizes.
  • the liquid and vapor phase separation surface has a curved shape, and is called "meniscus".
  • meniscus we observe, at meniscus level, in the vapor phase, an increase significant pressure, which can be used to the fluid circulating in a closed circuit comprising, in addition to the evaporator capillaries, a suitable condenser.
  • capillary mass that is to say a material having an open porosity with passages of substantially homogeneous dimensions, typically 2 to 20 micrometers.
  • This increase in pressure results from surface tension. It depends on the temperature and the nature of the fluid and the solid walls with which it is in contact, and it is inversely proportional to the radius of the meniscus, or the equivalent radius in case the meniscus is not spherical.
  • the radius of the meniscus or the equivalent radius are themselves very closely related to radius of the capillary, and more generally the radius of curvature of the solid surface in contact with which is made change of state.
  • the pressure increase is therefore negligible if the liquid-vapor interface is in contact with solid surfaces with radii of curvature of a few hundreds of micrometers.
  • the pressure generated at the menisci was around 5 kPa, which is sufficient to compensate for the circuit pressure losses.
  • the condensers could be constituted either by radiators which radiate energy towards space, either by exchangers coupled with other analogous systems, either by change-over devices phase such as boilers or evaporators.
  • the object of the present invention is to provide a apparatus which allows energy transfers in two opposite directions, in a simple way and in a limited volume.
  • the invention provides a energy transfer system between a hot source and a cold source, the system comprising an evaporator capillary located in the hot spring and in which a fluid is introduced in the liquid state and passes completely in the vapor state, a vapor pipe, a condenser located in the cold source where the fluid returns to the state liquid, and a liquid conduit that brings the fluid back to the capillary evaporator, the fluid circulating in the circuit closed under the effect of the pressure generated at meniscus constituting the liquid / vapor interfaces in the evaporator capillaries, this system having for particularity that the closed fluid circuit includes two assemblies each formed by a capillary evaporator connected to the liquid conduit and condenser interposed between the capillary evaporator and the vapor duct, one of the sets located in the hot spring and the other in the cold source, and that the amount of fluid is calculated in such a way that all of the evaporation takes place in capillary passages of capillary evaporation located
  • the circuit filling must be done with precision, so that changes in fluid state occur do in the places provided.
  • Some latitude is provided by the length of the passages in the evaporator capillary and the dimensions of the condenser. This latitude may be exceeded in the case, for example, of a lowering of the temperature of the liquid, causing contraction of it.
  • the capillary evaporator consists of a mass controlled porosity in which the liquid can spray with formation of menisci with a small radius or equivalent radius, this mass being placed in an enclosure between two chambers, one connected to the liquid pipe and the other to the vapor conduit, the source condenser cold is constituted at least in part by that of said chambers which is connected to the steam duct.
  • Figure 1 is a block diagram of a system of prior art.
  • Figure 2 is a block diagram of a system according to the invention.
  • Figures 3 and 4 are sections respectively longitudinal and transverse of an evaporation device capillary of the usual technique.
  • Figure 5 is a perspective diagram of the arrangement several capillary evaporation devices.
  • Figure 6 is a diagram showing a meniscus.
  • Figure 1 shows a block diagram of a system intended to transfer thermal energy from zone A, called “hot spring”, to zone B, at temperature lower, called “cold source”.
  • This system includes a closed circuit in which circulates a fluid which can be, depending on temperatures of use, water, ammonia, a "Freon” etc.
  • This circuit includes capillary evaporation devices 1 connected in parallel, condensers 2, also connected in parallel (or parallel series), a steam circulation 3 and a circulation duct of liquid 4. The direction of circulation of the fluid is indicated by arrows 5.
  • Figures 3 and 4 show the structure of a capillary evaporation device in common use.
  • This device comprises a metal tube 6 having a inlet 7 at one end and outlet 8 at the end opposite. Inside the tube, a cylinder of material porous 9 is held by spacers 10 coaxially to tube 6.
  • This porous material consists of fibers parallels arranged so as to constitute between them passages of maximum controlled dimension, for example of on the order of 20 micrometers, and forming what is called a "capillary wick”.
  • the porous material can consist of any material having pores of suitable dimensions and substantially homogeneous, for example sintered materials metallic or plastic, or ceramic.
  • Figure 5 shows a hot spring consisting of a plate 11 on one side of which are mounted equipment 12 which gives off heat and / or which is desired cool.
  • mounted equipment 12 which gives off heat and / or which is desired cool.
  • On the opposite side of the plate are fixed capillary evaporation devices 1 whose input 7 is connected to a liquid line 5 and communicates with the vacuum inside 13 (see FIG. 4) of the capillary wick 9, and whose outlet 8 is connected to a steam pipe 3 and communicates with the annular space 14 located between the tube 6 and the hair wick 9.
  • the internal vacuum 13 is filled with liquid, and the annular space 14 is filled with steam.
  • the liquid-vapor interface consists of a set of menisci 15 (see Figure 6), rays substantially equal equivalents, all of which are found in the thickness of the porous mass 9.
  • the circulation of the fluid is due to the increase in steam pressure, in capillary evaporators, which is generated at the menisci where the total vaporization of the liquid takes place. during the passage of the capillary wick, the liquid gets heats up very quickly (the flow rates are very low) and vaporizes completely at the menisci at temperature almost constant.
  • the increase in pressure is proportional to the surface tension of the fluid and inversely proportional to the equivalent radius of menisci (we work with radii less than 10 ⁇ m).
  • the fluid flow in each evaporator is thus constantly self-adjusting to have only steam pure at the outlet of each evaporator.
  • an insulator 16 ( Figure 1) must be positioned at the inlet of each evaporator. The role of this isolator is to prevent a return of vapor (in the main tube of liquid from the loop) which could occur in a evaporator during accidental defusing (during too strong power injection for example).
  • a sub-cooler 17 is positioned on the outlet tube liquid.
  • the role of this sub-cooler is to condense vapor which, accidentally, for situations not nominal, would not have been fully condensed at the exit of one of the last condensers.
  • the operating temperature of the loop is controlled by a two-phase pressurizer tank 18.
  • This tank is thermally controlled (heating system and cooling) so as to ensure control of its vaporization temperature which is also the temperature vaporization at the "cold plates" 11 and exchangers (except for pressure losses, which are minimal).
  • the maximum power that can be transported is conditioned by the maximum pressure rise that can supply capillary evaporators and by the sum circuit pressure losses for maximum power considered. With ammonia and equivalent radii of menisci of 10 ⁇ m, we can reach lifts of pressure of the order of 5000Pa.
  • Figure 2 shows the diagram of a transfer system of energy according to the invention.
  • the circuit includes sets each consisting of a capillary evaporator 1A, 1B in series with a condenser 2A, 2B, a steam 3 being connected to each of the condensers 2A, 2B, and a liquid conduit 4 being connected to each of the evaporators capillaries 1A, 1B.
  • a means of reheating the duct low power steam 20 is expected.
  • the direction of circulation of the fluid is the one indicated by the arrows 21.
  • the evaporators lA are active.
  • the liquid at the inlet of the evaporators crosses the capillary strands 9 and vaporizes there.
  • Steam leaves each evaporator device (with an increase of capillary pressure) and passes through the "hot" condensers 2A which are therefore inactive.
  • Steam is collected at the output of these condensers and is transported in a tube 3 up to the inlet of the "cold" condensers 2B.
  • the steam is partially or fully condenses in these condensers.
  • a two-phase or single-phase liquid mixture therefore enters in evaporator devices 1B with "counter-direction" by compared to normal operation for an evaporator.
  • the remaining vapor condenses completely in space ring 14 of the evaporator devices 1B.
  • the liquid is collected and is transported in tube 4 to the entry of 1A evaporators, which closes the loop. In the tube liquid; you can temporarily allow a spray partial liquid.
  • the direction of circulation of the fluid is that of the arrows 22.
  • the 1B evaporators play their role evaporators, the 2B condensers are inactive, the 2A condensers are active and the evaporator devices 1A act as additional condensers at the level of their annular space 14.
  • the steam tube 3 When you want to perform a heat transfer between the different sources and that the transfer does not take place no, the steam tube 3 must be slightly heated (typically with 1W / m) using the heating means 20 typically for an hour to expel the liquid which could be there.
  • the system according to the invention can be used to transfer heat between the different parts of a spacecraft subject to different heat fluxes as a function of time (daily or seasonal sunshine, dissipation thermal, ..).
  • the advantages of this type of loop by compared to the current concept basically consist of the possibility of heat transfers bidirectional with a single loop, which contributes to simplification and reduction of the mass balance.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)

Description

La présente invention est relative à un système de transfert d'énergie entre une source chaude et une source froide, utilisant une boucle diphasique à pompage capillaire.
Les boucles diphasiques à pompage capillaire mettent à profit le phénomène physique suivant : si on envoie, à une extrémité d'un tube capillaire chauffé, un liquide ayant des propriétés convenables, ce liquide pénètre dans le tube capillaire jusqu'à un point où il se vaporise totalement. La surface de séparation des phases liquide et vapeur a une forme courbe, et est appelée "ménisque". On observe, au niveau du ménisque, dans la phase vapeur, une augmentation de pression appréciable, qui peut être utilisée pour mettre le fluide en circulation dans un circuit fermé comprenant, outre des capillaires évaporateurs, un condenseur approprié.
Les phénomènes sont les mêmes si, au lieu d'un tube capillaire, on utilise une "masse capillaire", c'est-à-dire un matériau présentant une porisité ouverte avec des passages de dimensions sensiblement homogènes, typiquement 2 à 20 micromètres.
Cette augmentation de pression résulte de phénomènes de tension superficielle. Elle dépend de la température et de la nature du fluide et des parois solides avec lesquelles il est en contact, et elle est inversement proportionnelle au rayon du ménisque, ou au rayon équivalent dans le cas où le ménisque n'est pas sphérique. Le rayon du ménisque ou le rayon équivalent sont eux-mêmes très étroitement liés au rayon du capillaire, et plus généralement au rayon de courbure de la surface solide au contact de laquelle se fait le changement d'état. L'augmentation de pression est donc négligeable si l'interface liquide-vapeur est au contact de surfaces solides ayant des rayons de courbure de quelques centaines de micromètres.
Dans le présent texte, on parle d'évaporateurs capillaires et de condenseurs. Ces termes peuvent chaque fois s'appliquer à des groupes d'évaporateurs capillaires ou de condenseurs disposés en parallèle dans le circuit fermé.
Pour fixer les idées, on a constitué sur ce principe des systèmes utilisant de l'ammoniac entre -10 et +60°C, avec des rayons équivalents de ménisque de l'ordre de 10 micromètres, la pression générée au niveau des ménisques était de l'ordre de 5 kPa, ce qui suffit à compenser les pertes de charge du circuit. Les condenseurs pouvaient être constitués soit par des radiateurs qui rayonnent l'énergie vers l'espace, soit par des échangeurs couplés avec d'autres systèmes analogues, soit par des dispositifs à changement de phase tels que des bouilleurs ou des évaporateurs.
De tels systèmes sont utilisés aujourd'hui dans le domaine spatial.
Ces systèmes présentent l'inconvénient de ne pouvoir fonctionner en circuit fermé que dans un sens, le ou les capillaires se trouvant toujours dans la source chaude. A bord des engins spatiaux, il arrive que des transferts thermiques doivent être effectués tantôt dans un sens et tantôt dans le sens opposé, par exemple dans le cas de variations journalières ou saisonnières de l'ensoleillement. Il est nécessaire dans ce cas d'implanter deux boucles indépendantes fonctionnant alternativement et en sens inverse, ce qui complique l'appareillage et augmente son encombrement.
La présente invention a pour but de fournir un appareillage qui permette des transferts d'énergie dans deux sens opposés, de façon simple et sous un volume limité.
Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un système de transfert d'énergie entre une source chaude et une source froide, le système comprenant un évaporateur capillaire situé dans la source chaude et dans lequel un fluide est introduit à l'état liquide et passe intégralement à l'état de vapeur, un conduit de vapeur, un condenseur situé dans la source froide où le fluide repasse à l'état liquide, et un conduit de liquide qui ramène le fluide à l'évaporateur capillaire, le fluide circulant en circuit fermé sous l'effet de la pression générée au niveau de ménisque constituant les interfaces liquide/vapeur dans les capillaires de l'évaporateur, ce système ayant pour particularité que le circuit fermé de fluide comprend deux ensembles formés chacun d'un évaporateur capillaire relié au conduit de liquide et d'un condenseur intercalé entre l'évaporateur capillaire et le conduit de vapeur, l'un des ensembles se trouvant dans la source chaude et l'autre dans la source froide, et que la quantité de fluide est calculée de telle façon que l'évaporation se fait intégralement dans les passages capillaires de l'évaporation capillaire situé dans la source chaude et que la totalité de la condensation se fait dans le condenseur situé dans la source froide.
On comprendra que, dans la source chaude, l'évaporation dans l'évaporateur capillaire crée l'augmentation de pression nécessaire pour la mise de fluide en mouvement. Dans la source froide, si la condensation se faisait dans l'évaporateur capillaire, il apparaítrait dans celui-ci une différence de pression en sens inverse, et qui pourrait être du même ordre de grandeur, l'écart dépendant principalement des différences de température entre les sources chaude et froide. En fait, comme la condensation a lieu dans le condenseur de la source froide, l'évaporateur capillaire qui le suit dans le sens de circulation du fluide se comporte comme une simple résistance passive, car ses passages sont remplis complètement de liquide de condensation. La condensation sur les surfaces à grand rayon de courbure du condenseur ne génère que des pressions inverses pratiquement négligeables.
Le remplissage du circuit doit être fait avec précision, pour que les changements d'état du fluide se fassent aux endroits prévus. Une certaine latitude est fournie par la longueur des passages dans l'évaporateur capillaire et les dimensions du condenseur. Cette latitude peut être dépassée dans le cas, par exemple, d'un abaissement de la température du liquide, entraínant une contraction de celui-ci. On a constaté, de façon surprenante, que même dans ce cas, qui correspond à un "sous-remplissage" le système continue à fonctionner de façon correcte alors qu'une bulle de vapeur s'est formée du côté de l'évaporateur capillaire qui est normalement en contact avec le liquide, et cela tant que cette bulle est complètement séparée du conduit vapeur par du liquide retenu par capillarité dans l'évaporateur capillaire.
On peut donc prévoir que la quantité de fluide est calculée pour que, dans toutes les conditions de fonctionnement, au moins une interface liquide-vapeur se trouve dans l'évaporateur capillaire, une bulle de vapeur sans communication avec le conduit de vapeur pouvant néanmoins se trouver éventuellement du côté liquide de l'évaporateur capillaire.
Suivant une réalisation intéressante, dans le cas où l'évaporateur capillaire est constitué d'une masse à porosité contrôlée dans laquelle le liquide peut se vaporiser avec formation de ménisques à faible rayon ou rayon équivalent, cette masse étant placée dans une enceinte entre deux chambres reliées l'une au conduit de liquide et l'autre au conduit de vapeur, le condenseur de la source froide est constitué au moins en partie par celle desdites chambres qui est reliée au conduit de vapeur. Au cas où toute la condensation peut se faire dans cette chambre, c'est-à-dire à l'intérieur de l'enceinte du dispositif d'évaporation capillaire au sens courant du terme, on aboutit à un ensemble remarquablement simple et compact.
Selon un mode de réalisation plus perfectionné, il existe plusieurs sources chaudes et/ou plusieurs sources froides, et il y a au moins un desdits ensembles formés d'un évaporateur capillaire et d'un condenseur dans chaque source chaude et chaque source froide.
On a constaté de façon imprévue que le système s'auto-stabilise même avec des différences appréciables de température entre les sources chaudes ou entre les sources froides.
L'invention va être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'exemples pratiques illustrés par les dessins, parmi lesquels :
Figure 1 est un schéma de principe d'un système de l'art antérieur.
Figure 2 est un schéma de principe d'un système selon l'invention.
Figures 3 et 4 sont des coupes respectivement longitudinale et transversale d'un dispositif d'évaporation capillaire de la technique usuelle.
Figure 5 est un schéma en perspective de la disposition de plusieurs dispositifs d'évaporation capillaire.
Figure 6 est un schéma montrant un ménisque.
La figure 1 montre un schéma de principe d'un système destiné à transférer de l'énergie thermique d'une zone A, dite "source chaude", vers une zone B, à température inférieure, dite "source froide".
Ce système comprend un circuit fermé dans lequel circule un fluide qui peut être, selon les températures d'utilisation, de l'eau, de l'ammoniac, un "Fréon" etc.. Ce circuit comprend des dispositifs d'évaporation capillaire 1 branchés en parallèle, des condenseurs 2, également branchés en parallèle (ou séries parallèles), un conduit de circulation de vapeur 3 et un conduit de circulation de liquide 4. Le sens de circulation du fluide est indiqué par les flèches 5.
Les figures 3 et 4 montrent la structure d'un dispositif d'évaporation capillaire d'usage courant.
Ce dispositif comprend un tube métallique 6 ayant une entrée 7 à une extrémité et une sortie 8 à l'extrémité opposée. A l'intérieur du tube, un cylindre de matière poreuse 9 est maintenu par des entretoises 10 coaxialement au tube 6. Cette matière poreuse est constituée de fibres parallèles disposées de façon à constituer entre elles des passages de dimension maximale contrôlée, par exemple de l'ordre de 20 micromètres, et formant ce qu'on appelle une "mèche capillaire".
La matière poreuse peut être constituée de tout matériau ayant des pores de dimensions convenables et sensiblement homogènes, par exemple matériaux frittés métalliques ou plastiques, ou céramiques.
La figure 5 montre une source chaude constituée d'une plaque 11 sur une face de laquelle sont montés des équipements 12 qui dégagent de la chaleur et/ou qu'on désire refroidir. Sur la face opposée de la plaque sont fixés des dispositifs d'évaporation capillaire 1 dont l'entrée 7 est reliée à un conduit de liquide 5 et communique avec le vide intérieur 13 (voir figure 4) de la mèche capillaire 9, et dont la sortie 8 est reliée à un conduit de vapeur 3 et communique avec l'espace annulaire 14 situé entre le tube 6 et la mèche capillaire 9.
En fonctionnement normal, le vide intérieur 13 est rempli de liquide, et l'espace annulaire 14 est rempli de vapeur. L'interface liquide-vapeur est constitué d'un ensemble de ménisques 15 (voir figure 6), de rayons équivalents sensiblement égaux, qui se trouvent tous dans l'épaisseur de la masse poreuse 9.
Dans la technique usuelle, les dispositifs d'évaporation capillaires qu'on vient de décrire sont connus sous le nom d' "évaporateurs capillaires". Il ressort de ce qui précède que, au sens du présent texte, seule la masse poreuse 9 constitue donc l'évaporateur capillaire proprement dit, le vide 13 et l'espace 14 étant, fonctionnellement, des prolongements du conduit de liquide ou du conduit de vapeur.
La mise en circulation du fluide est due à l'augmentation de la pression de la vapeur, dans les évaporateurs capillaires, qui est générée au niveau des ménisques où a lieu la vaporisation totale du liquide. pendant la traversée de la mèche capillaire, le liquide se réchauffe très rapidement (les débits sont très faibles) et se vaporise totalement au niveau des ménisques à température quasi-constante. L'augmentation de la pression est proportionnelle à la tension superficielle du fluide et inversement proportionnelle au rayon équivalent des ménisques (on travaille avec des rayons inférieurs à 10µm). Le débit de fluide dans chaque évaporateur est ainsi constamment auto-ajusté afin d'avoir uniquement de la vapeur pure à la sortie de chaque évaporateur.
Pour avoir un fonctionnement correct des évaporateurs capillaires, il est impératif de n'avoir que du liquide à l'entrée de chaque dispositif d'évaporation capillaire. Ces dispositifs ne peuvent donc être disposés qu'en parallèle. De plus, un isolateur 16 (figure 1) doit être positionné à l'entrée de chaque évaporateur. Le rôle de cet isolateur est d'empêcher un retour de vapeur (dans le tube principal de liquide de la boucle) qui pourrait se produire dans un évaporateur lors d'un désamorçage accidentel (lors d'une trop forte injection de puissance par exemple).
La vapeur pure est transportée vers les condenseurs 2 où s'effectue l'extraction d'énergie acquise par le fluide, soit par des radiateurs (qui rayonnent l'énergie vers l'espace), soit par des échangeurs couplés à d'autres boucles, soit par des systèmes à changement de phase tels que des bouilleurs ou évaporateurs.
En revenant au dispositif de la figure 1, un sous-refroidisseur 17 est positionné sur le tube de sortie liquide. Le rôle de ce sous-refroidisseur est de condenser la vapeur qui, accidentellement, pour des situations non nominales, n'aurait pas été totalement condensée à la sortie d'un des derniers condenseurs.
La température de fonctionnement de la boucle est contrôlée par un réservoir pressuriseur diphasique 18. Ce réservoir est contrôlé thermiquement (système de chauffage et de refroidissement) de manière à assurer un contrôle de sa température de vaporisation qui est aussi la température de vaporisation au niveau des "plaques froides" 11 et échangeurs (aux pertes de pression près, qui sont minimes).
Avec ce type de boucle, on peut contrôler avec une bonne précision (meilleure que le degré dans la majorité des cas) une température de consigne, et ce quelles que soient les variations de puissance subies par la boucle au niveau des évaporateurs ou condenseurs.
La puissance maximale qu'il est possible de transporter est conditionnée par la remontée maximale de pression que peuvent assurer les évaporateurs capillaires et par la somme des pertes de charge du circuit pour la puissance maximale considérée. Avec de l'ammoniac et des rayons équivalents de ménisques de 10µm, on peut atteindre des remontées de pression de l'ordre de 5000Pa.
La figure 2 montre le schéma d'un système de transfert d'énergie conforme à l'invention.
Dans chacune des sources A et B, le circuit comprend des ensembles constitués chacun d'un évaporateur capillaire 1A, 1B en série avec un condenseur 2A, 2B, un conduit de vapeur 3 étant relié à chacun des condenseurs 2A, 2B, et un conduit de liquide 4 étant relié à chacun des évaporateurs capillaires 1A, 1B. Un moyen de réchauffage du conduit de vapeur de faible puissance 20 est prévu. Il n'y a pas de réservoir pressuriseur 18 ni d'isolateurs 16.
Lorsque la température de la source A est supérieure à celle de la source B, le sens de circulation du fluide est celui qui est indiqué par les flèches 21. Les évaporateurs lA sont actifs. Le liquide à l'entrée des évaporateurs traverse les mèches capillaires 9 et s'y vaporise. La vapeur sort de chaque dispositif évaporateur (avec une augmentation de pression capillaire) et traverse les condenseurs "chauds" 2A qui sont donc inactifs. La vapeur est collectée à la sortie de ces condenseurs et est transportée dans un tube 3 jusqu'à l'entrée des condenseurs "froids" 2B. La vapeur se condense partiellement ou totalement dans ces condenseurs. Un mélange diphasique ou monophasique liquide entre donc dans les dispositifs évaporateurs 1B à "contre-sens" par rapport à un fonctionnement normal pour un évaporateur. La vapeur restante se condense totalement dans l'espace annulaire 14 des dispositifs évaporateurs 1B. Du liquide seul sort de ces évaporateurs. Le liquide est collecté et est transporté dans le tube 4 jusqu'à l'entrée des évaporateurs 1A, ce qui clot la boucle. Dans le tube liquide; on peut autoriser temporairement une vaporisation partielle du liquide.
Lorsque la source B devient plus chaude que la source A, le sens de circulation du fluide est celui des flèches 22. Ce sont les évaporateurs 1B qui jouent leur rôle d'évaporateurs, les condenseurs 2B sont inactifs, les condenseurs 2A sont actifs et les dispositifs évaporateurs 1A jouent un rôle de condenseurs supplémentaires au niveau de leur espace annulaire 14.
Ces espaces annulaires, qui sont inclus dans les dispositifs d'évaporation capillaire, font alors, du point de vue fonctionnel, partie des condenseurs 2A.
Lorsque l'on souhaite réaliser un transfert thermique entre les différentes sources et que le transfert ne s'opère pas, il faut chauffer légèrement le tube vapeur 3 (typiquement avec 1W/m) à l'aide du moyen de réchauffage 20 pendant typiquement une heure afin d'expulser le liquide qui pourrait s'y trouver.
Dans les cas où les capacités de condensation des espaces annulaires 14 des évaporateurs inactifs sont suffisantes, on peut supprimer tous les condenseurs. La boucle est alors uniquement constituée par des dispositifs d'évaporation classiques fonctionnant les uns en évaporateurs, les autres en condenseurs.
Le concept proposé pour deux sources de chaleur peut être étendu à un concept multi-sources (on peut avoir une source différente par "évaporateur-condenseur", le système s'auto-adaptera). Il n'est pas non plus nécessaire que les évaporateurs capillaires 1A, 1B ou les condenseurs 2A, 2B des sources A et B soient identiques en nombre ou en performances, ni que le nombre des ensembles évaporateur-condenseur soit le même dans toutes les sources.
Dans le domaine spatial, le système selon l'invention peut être utilisé pour réaliser un transfert thermique entre les différentes parties d'un véhicule spatial soumises à des flux thermiques différents en fonction du temps (ensoleillement journalier ou saisonnier, dissipation thermique, ..). Les avantages de ce type de boucle par rapport au concept actuel consistent essentiellement en la possibilité de réaliser des transferts thermiques bidirectionnels avec une seule boucle, ce qui contribue à une simplification et à une réduction du bilan de masse.

Claims (4)

  1. Système de transfert d'énergie entre une source chaude (A) et une source froide (B), le système comprenant un évaporateur capillaire situé dans la source chaude, et dans lequel un fluide est introduit à l'état liquide et passe intégralement à l'état de vapeur à l'intérieur des passages capillaires, un conduit de vapeur (3), un condenseur (2) situé dans la source froide où le fluide repasse à l'état liquide en se condensant sur des surfaces à grand rayon de courbure, et un conduit de liquide (5) qui ramène le fluide à l'évaporateur capillaire, le fluide circulant en circuit fermé sous l'effet de la pression générée au niveau de ménisque constituant les interfaces liquide/vapeur dans les passages capillaires de l'évaporateur,
    dans lequel :
    le circuit fermé de fluide comprend deux ensembles formés chacun d'un évaporateur capillaire relié au conduit de liquide et d'un condenseur intercalé entre l'évaporateur capillaire et le conduit de vapeur, l'un des ensembles se trouvant dans la source chaude et l'autre dans la source froide;
    et la quantité de fluide est calculée de telle façon que l'évaporation se fait intégralement dans les passages capillaires de l'évaporateur capillaire situé dans la source chaude et que la condensation se fait dans le condenseur situé dans la source froide.
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel la quantité de fluide est calculée pour que, dans toutes les conditions de fonctionnement, au moins une interface liquide-vapeur se trouve, une bulle de vapeur sans communication avec le conduit de vapeur pouvant néanmoins se trouver éventuellement du côté liquide de l'évaporateur capillaire.
  3. Système selon la revendication 1, dans lequel, l'évaporateur capillaire est constitué d'une masse à porosité contrôlée dans laquelle le liquide peut se vaporiser avec formation de ménisques (15) à faible rayon ou rayon équivalent, cette masse étant placée dans une enceinte entre deux chambres (13, 14) reliées l'une au conduit de liquide et l'autre au conduit de vapeur (3) , et le condenseur de la source froide est constitué au moins en partie par celle (14) desdites chambres qui est reliée au conduit de vapeur (3).
  4. Système selon la revendication 1, dans lequel il existe plusieurs sources chaudes et/ou plusieurs sources froides, et il est prévu au moins un desdits ensembles formés d'un évaporateur capillaire et d'un condenseur dans chaque source chaude et chaque source froide.
EP95926430A 1994-07-29 1995-07-26 Systeme de transfert d'energie entre une source chaude et une source froide Expired - Lifetime EP0772757B1 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9409459A FR2723187B1 (fr) 1994-07-29 1994-07-29 Systeme de transfert d'energie entre une source chaude et une source froide
FR9409459 1994-07-29
PCT/FR1995/001004 WO1996004517A1 (fr) 1994-07-29 1995-07-26 Systeme de transfert d'energie entre une source chaude et une source froide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0772757A1 EP0772757A1 (fr) 1997-05-14
EP0772757B1 true EP0772757B1 (fr) 1998-08-26

Family

ID=9465913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP95926430A Expired - Lifetime EP0772757B1 (fr) 1994-07-29 1995-07-26 Systeme de transfert d'energie entre une source chaude et une source froide

Country Status (7)

Country Link
US (1) US5842513A (fr)
EP (1) EP0772757B1 (fr)
JP (1) JPH10503580A (fr)
CA (1) CA2196045A1 (fr)
DE (2) DE69504357T2 (fr)
FR (1) FR2723187B1 (fr)
WO (1) WO1996004517A1 (fr)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69634127D1 (de) 1995-07-06 2005-02-03 Univ Leland Stanford Junior Zellfreie synthese von polyketiden
FR2752291B1 (fr) * 1996-08-12 1998-09-25 Centre Nat Etd Spatiales Evaporateur capillaire pour boucle diphasique de transfert d'energie entre une source chaude et une source froide
FR2783313A1 (fr) 1998-09-15 2000-03-17 Matra Marconi Space France Dispositif de tranfert de chaleur
US6938679B1 (en) * 1998-09-15 2005-09-06 The Boeing Company Heat transport apparatus
FR2783312A1 (fr) 1998-09-15 2000-03-17 Matra Marconi Space France Boucle fluide a pompage capillaire
JP2000241089A (ja) * 1999-02-19 2000-09-08 Mitsubishi Electric Corp 蒸発器、吸熱器、熱輸送システム及び熱輸送方法
US8109325B2 (en) * 2000-06-30 2012-02-07 Alliant Techsystems Inc. Heat transfer system
US7251889B2 (en) * 2000-06-30 2007-08-07 Swales & Associates, Inc. Manufacture of a heat transfer system
US8047268B1 (en) 2002-10-02 2011-11-01 Alliant Techsystems Inc. Two-phase heat transfer system and evaporators and condensers for use in heat transfer systems
DE60117797D1 (de) * 2000-06-30 2006-05-04 Swales Aerospace Bentsville Phasenregelung in einem kapillarverdampfer
US8136580B2 (en) * 2000-06-30 2012-03-20 Alliant Techsystems Inc. Evaporator for a heat transfer system
US7708053B2 (en) * 2000-06-30 2010-05-04 Alliant Techsystems Inc. Heat transfer system
US7004240B1 (en) * 2002-06-24 2006-02-28 Swales & Associates, Inc. Heat transport system
US7549461B2 (en) 2000-06-30 2009-06-23 Alliant Techsystems Inc. Thermal management system
US7931072B1 (en) 2002-10-02 2011-04-26 Alliant Techsystems Inc. High heat flux evaporator, heat transfer systems
US7086452B1 (en) * 2000-06-30 2006-08-08 Intel Corporation Method and an apparatus for cooling a computer
WO2002010661A1 (fr) * 2000-07-27 2002-02-07 Advanced Technologies Limited Systeme haute performance de regulation de la temperature d'un ordinateur
US6615912B2 (en) * 2001-06-20 2003-09-09 Thermal Corp. Porous vapor valve for improved loop thermosiphon performance
CN100449244C (zh) * 2002-10-28 2009-01-07 斯沃勒斯联合公司 传热系统
EP1588113B1 (fr) * 2002-10-28 2013-12-25 Swales & Associates, Inc. Systeme de transfert de chaleur
US7013956B2 (en) * 2003-09-02 2006-03-21 Thermal Corp. Heat pipe evaporator with porous valve
US20080099191A1 (en) * 2005-02-02 2008-05-01 Carrier Corporation Parallel Flow Heat Exchangers Incorporating Porous Inserts
US7661464B2 (en) * 2005-12-09 2010-02-16 Alliant Techsystems Inc. Evaporator for use in a heat transfer system
US10345052B2 (en) 2016-12-21 2019-07-09 Hamilton Sundstrand Corporation Porous media evaporator

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3889096A (en) * 1970-07-11 1975-06-10 Philips Corp Electric soldering iron delivering heat by change of state of a liquid heat transporting medium
US4312402A (en) * 1979-09-19 1982-01-26 Hughes Aircraft Company Osmotically pumped environmental control device
JPS59221593A (ja) * 1983-05-31 1984-12-13 Toyo Seisakusho:Kk ヒ−トパイプ式熱交換器
SU1430709A1 (ru) * 1987-01-04 1988-10-15 Московский энергетический институт Теплопередающее устройство
US4903761A (en) * 1987-06-03 1990-02-27 Lockheed Missiles & Space Company, Inc. Wick assembly for self-regulated fluid management in a pumped two-phase heat transfer system
JPH063354B2 (ja) * 1987-06-23 1994-01-12 アクトロニクス株式会社 ル−プ型細管ヒ−トパイプ
US4899810A (en) * 1987-10-22 1990-02-13 General Electric Company Low pressure drop condenser/heat pipe heat exchanger
EP0351173A3 (fr) * 1988-07-14 1991-06-05 Osaka Prefecture Substance à activité antirétrovirale
US4869313A (en) * 1988-07-15 1989-09-26 General Electric Company Low pressure drop condenser/evaporator pump heat exchanger
DE3908994A1 (de) * 1989-03-18 1990-09-20 Daimler Benz Ag Fahrgastraumheizung, insbesondere omnibusheizung
US5036905A (en) * 1989-10-26 1991-08-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force High efficiency heat exchanger
US5103897A (en) * 1991-06-05 1992-04-14 Martin Marietta Corporation Flowrate controller for hybrid capillary/mechanical two-phase thermal loops
US5303768A (en) * 1993-02-17 1994-04-19 Grumman Aerospace Corporation Capillary pump evaporator

Also Published As

Publication number Publication date
US5842513A (en) 1998-12-01
DE69504357D1 (de) 1998-10-01
WO1996004517A1 (fr) 1996-02-15
DE69504357T2 (de) 1999-04-22
DE772757T1 (de) 1997-09-25
EP0772757A1 (fr) 1997-05-14
FR2723187A1 (fr) 1996-02-02
FR2723187B1 (fr) 1996-09-27
CA2196045A1 (fr) 1996-02-15
JPH10503580A (ja) 1998-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0772757B1 (fr) Systeme de transfert d'energie entre une source chaude et une source froide
BE1009410A3 (fr) Dispositif de transport de chaleur.
EP1293428B1 (fr) Dispositif de transfert de chaleur
EP2795226B1 (fr) Dispositif de refroidissement
FR2752291A1 (fr) Evaporateur capillaire pour boucle diphasique de transfert d'energie entre une source chaude et une source froide
FR2699365A1 (fr) Système de dissipation de l'énergie calorifique dégagée par un composant électronique.
FR2903222A1 (fr) Disposition de regulation thermique passive a base de boucle fluide diphasique a pompage capillaire avec capacite thermique.
FR2783313A1 (fr) Dispositif de tranfert de chaleur
EP2379951A1 (fr) Radiateur pour chauffage domestique a fluide caloporteur diphasique
EP0166661A2 (fr) Dispositif de captage et de transfert d'énergie de rayonnement tel que le rayonnement solaire
JP2904199B2 (ja) キャピラリポンプループ用蒸発器及びその熱交換方法
FR2468085A1 (fr) Appareil frigorifique a sorption, procede pour la mise en service de cet appareil et utilisation de ce dernier
FR3032027A1 (fr) Boucle diphasique de refroidissement a evaporateurs satellites
EP0767081B1 (fr) Dispositif de récupération de la chaleur des gaz d'échappement d'un véhicule
WO2012101384A1 (fr) Dispositif de refroidissement pour systeme electronique de puissance dans un vehicule
FR2871221A1 (fr) Dispositif d'echange et de transfert thermique, notamment pour vehicule automobile
FR2783312A1 (fr) Boucle fluide a pompage capillaire
EP4323711A1 (fr) Dispositif diphasique de transfert de chaleur à réservoir d'excédent de liquide
FR3081214A1 (fr) Evaporateur d'une boucle fluide et boucle fluide comprenant un tel evaporateur
FR2756621A1 (fr) Thermo-frigopompe
BE899256A (fr) Pompe a chaleur.
EP2981781A1 (fr) Caloduc comportant un bouchon gazeux de coupure
WO2011023900A1 (fr) Dispositif de refroidissement pour système électronique de puissance dans un véhicule
FR2615276A1 (fr) Capteur du type solaire
BE851734A (fr) Installation de transfert de chaleur a fluide caloporteur

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19970207

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BE DE FR GB IT

GBC Gb: translation of claims filed (gb section 78(7)/1977)
ITCL It: translation for ep claims filed

Representative=s name: STUDIO CONSUL.BREVETTUALE S.R.L.

DET De: translation of patent claims
GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

17Q First examination report despatched

Effective date: 19971127

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): BE DE FR GB IT

REF Corresponds to:

Ref document number: 69504357

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19981001

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 19981005

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: TQ

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20120723

Year of fee payment: 18

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20120816

Year of fee payment: 18

Ref country code: DE

Payment date: 20120713

Year of fee payment: 18

Ref country code: IT

Payment date: 20120720

Year of fee payment: 18

Ref country code: BE

Payment date: 20120726

Year of fee payment: 18

BERE Be: lapsed

Owner name: CENTRE NATIONAL D'*ETUDES SPATIALES

Effective date: 20130731

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20130726

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 69504357

Country of ref document: DE

Effective date: 20140201

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20140331

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20130731

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140201

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20130726

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20130731

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20130726