EP0855006B1 - Installation de chauffage par caloduc d'un batiment - Google Patents

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EP0855006B1
EP0855006B1 EP95935499A EP95935499A EP0855006B1 EP 0855006 B1 EP0855006 B1 EP 0855006B1 EP 95935499 A EP95935499 A EP 95935499A EP 95935499 A EP95935499 A EP 95935499A EP 0855006 B1 EP0855006 B1 EP 0855006B1
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condenser
heated
enclosed space
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Generfeu Ste
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D7/00—Central heating systems employing heat-transfer fluids not covered by groups F24D1/00 - F24D5/00, e.g. oil, salt or gas
    • 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
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/0226—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with an intermediate heat-transfer medium, e.g. thermosiphon radiators
    • 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
    • F28D15/0266—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 separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • 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
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores

Definitions

  • the present invention relates to the heating of a building, and more particularly of a building for use industrial, for example a workshop.
  • a heating installation by heat pipe of a building for example for residential use, consequently comprising several enclosures or rooms to heat, each delimited by a wall or means of equivalent separation.
  • This heating installation includes a thermal transfer module or system passive, forming a closed volume filled with a fluid two-phase coolant, for example a hydrocarbon fluorochlorine.
  • This module includes, at a lower end a vaporizer, placed outside the enclosure or room to heat, a condenser located in the upper part at inside the same enclosure, and an adiabatic circuit connecting the outlet of the vaporizer and the inlet of the condenser, crossing the wall of the enclosure to be heated, arranged for ensure the passage of the vaporized heat transfer fluid, evaporator to the condenser, and the return of the same fluid condensed, from condenser to vaporizer, all by through a column arranged as a heat pipe.
  • the heating means arranged inside the enclosure to heat are only of the convective type, and are related thermally with the condenser.
  • convective means prove not very effective in heating an enclosure comprising a large volume, workshop type for example.
  • the present invention therefore relates to a heating system by heat pipe, allowing heating a building with thermal efficiency satisfactory, and better than with heating means traditional.
  • the means of heating are arranged in the upper part of the enclosure to heat, and run down.
  • These means combine radiative structure of thermal radiation, having a relatively large developed area, linked thermally with the condenser, as well as means thermal insulation of said radiative structure, arranged above the condenser and said structure, and sized relative to each other so that the heat emitted by radiation by said means of heating represents at least 80% of the heat produced by said means.
  • a building 14 whose roof has been removed for the needs of the drawing, and comprising a wall 15, delimiting inside an enclosure 1 to be heated.
  • several (in this case four) modules 2 passive heat transfer according to the invention, are distributed, so as to provide heating homogeneous inside the building.
  • the surrounding wall 15 is shown schematically in Figure 2 in a dashed line.
  • the thermally insulated duct 8 for circulation of the vein gas at high temperature constitutes a hot spring 6 common to all heat transfer modules 2 passive.
  • the vaporizers 3 of the four 2 heat transfer modules are arranged in the insulated duct 8, in exchange for heat with the vein gas flowing in the latter.
  • a burner 9, by example of a combustible gas, is arranged at one end circulation duct 8, upstream of all 3.
  • each module 2 of passive heat transfer includes means for heating arranged in the upper part of enclosure 1 to heat, and run down.
  • Each means of heating combines a radiative structure 71, 72, or 73, arranged to radiate downwards thermally, having a relatively large developed area, linked thermally, for example by conduction, with a condenser 41, 42 or 43 respectively.
  • each condenser 41 or 42 or 43 comprises a tube closed at one end 41a, or 42b, or 43b, and the radiative structure 71, 72 or 73 includes two metal wings 71a and 71b, or 72a and 72b, or 73a and 73b, arranged on either side of the tube above, and thermally connected by conduction to it latest.
  • means 10 thermal insulation of each radiative structure 71, 72 or 73 are arranged above the condenser 41, 42 or 43 respectively, and of the radiative structure 71, 72 or 73, of the same passive thermal transfer module 2.
  • the condenser 41, 42 or 43, the radiative structure 71, 72 or 73, and the thermal insulation means 10 are sized relative to each other, so that the heat emitted by radiation by the heating means represents at least 80% of the heat produced by said heating means.
  • each transfer module 3 thermal comprises, on the one hand a tube 12 closed to a end 12a, arranged transversely, for example vertically in the vein circulation duct 8 gas at high temperature, and on the other hand a plurality fins 13 arranged perpendicular to the axis of the closed tube 12.
  • each passive heat transfer module 2 behaves in thermosiphon, including vaporizer 3, at one end and at a low level, and three condensers 41 to 43, arranged with their respective radiative structures 71 to 73, to the other end and at a high level.
  • the vaporizer 3 and the aforementioned condensers are interconnected by the adiabatic duct 5 and distributor 13, to ensure an increase in the vapor phase (according to the arrow in dotted lines), and a counter-current descent (depending on the solid line arrow) of the liquid phase of the fluid coolant.

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Description

La présente invention concerne le chauffage d'un bâtiment, et plus particulièrement d'un bâtiment à usage industriel, par exemple d'un atelier.
Conformément au document FR-A-2 320 501, on a décrit et proposé une installation de chauffage par caloduc d'un bâtiment, par exemple à usage d'habitation, comprenant par conséquent plusieurs enceintes ou pièces à chauffer, délimitées chacune par un mur ou moyen de séparation équivalent. Cette installation de chauffage comprend un module ou système de transfert thermique passif, formant un volume clos rempli avec un fluide caloporteur diphasique, par exemple un hydrocarbure fluorochloré. Ce module comprend, à une extrémité basse un vaporiseur, disposé à l'extérieur de l'enceinte ou pièce à chauffer, un condenseur disposé en partie haute à l'intérieur de la même enceinte, et un circuit adiabatique reliant la sortie du vaporiseur et l'entrée du condenseur, traversant le mur de l'enceinte à chauffer, agencé pour assurer le passage du fluide caloporteur vaporisé, du vaporiseur au condenseur, et le retour du même fluide condensé, du condenseur au vaporiseur, le tout par l'intermédiaire d'une colonne agencée en caloduc. Les moyens de chauffage disposés à l'intérieur de l'enceinte à chauffer sont uniquement du type convectif, et sont liés thermiquement avec le condenseur.
L'installation précédemment décrite apparaít inadaptée pour le chauffage d'un bâtiment industriel.
Conformément au document GB-A-764 280, on a décrit une installation de chauffage par caloduc comprenant, comme précédemment :
  • (a) un module de transfert thermique passif, formant un volume clos rempli avec un fluide caloporteur diphasique, comprenant au moins un vaporiseur, au moins un condenseur, et un circuit adiabatique reliant la sortie du vaporiseur et l'entrée du condenseur, agencé pour assurer le passage du fluide caloporteur vaporisé, du vaporiseur au condenseur, et le retour du fluide caloporteur condensé, du condenseur au vaporiseur ;
  • (b) une source chaude en échange de chaleur avec le vaporiseur ;
  • (c) des moyens de chauffage, liés thermiquement avec le condenseur, consistant pour l'essentiel en des moyens de chauffage de l'air ou l'atmosphère ambiante, par convection.
    • Comme on le sait, des moyens convectifs s'avèrent peu efficaces pour chauffer une enceinte comportant un grand volume, du type atelier par exemple.
    La présente invention a donc pour objet une installation de chauffage par caloduc, permettant de chauffer un bâtiment avec un rendement thermique satisfaisant, et meilleur qu'avec des moyens de chauffage traditionnels.
    Conformément à l'invention, les moyens de chauffage sont disposés en partie haute de l'enceinte à chauffer, et dirigés vers le bas. Ces moyens combinent une structure radiative de rayonnement thermique, ayant une surface développée relativement importante, et liée thermiquement avec le condenseur, ainsi que des moyens d'isolation thermique de ladite structure radiative, disposés au-dessus du condenseur et de ladite structure, et dimensionnés les uns par rapport aux autres en sorte que la chaleur émise par rayonnement par lesdits moyens de chauffage représente au moins 80 % de la chaleur produite par lesdits moyens.
    La présente invention est maintenant décrite par référence au dessin annexé, dans lequel :
    • la figure 1 représente de manière schématique, avec arrachement partiel, un bâtiment équipé d'une installation de chauffage conforme à la présente invention ;
    • la figure 2 représente, toujours de manière schématique, un module de transfert thermique passif, appartenant à l'installation de chauffage représentée à la figure 1 ;
    • la figure 3 représente, en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, les moyens de chauffage appartenant au module de transfert thermique passif représenté à la figure 2.
    Conformément à la figure 1, on a représenté un bâtiment 14, dont le toit a été retiré pour les besoins du dessin, et comportant un mur 15, délimitant à l'intérieur une enceinte 1 à chauffer. Selon la longueur du bâtiment 14, plusieurs (en l'occurrence quatre) modules 2 de transfert thermique passifs conformes à l'invention, sont distribués, de manière à assurer un chauffage homogène de l'intérieur du bâtiment. Le mur d'enceinte 15 est schématisé à la figure 2 selon un trait mixte.
    Conformément à la figure 2, chaque module 2 de transfert thermique passif forme un volume clos rempli avec un fluide caloporteur diphasique, en l'occurrence de l'eau sous forme liquide et vapeur. Chaque module 2 est disposé de part et d'autre du mur 15 de l'enceinte à chauffer 1, et donc à la fois à l'extérieur et à l'intérieur du bâtiment 14, et comprend de manière générale :
    • un vaporiseur 3, éventuellement disposé à l'extérieur de l'enceinte 1 à chauffer, et plus précisément à l'intérieur d'un conduit 8 calorifugé de circulation d'une veine gazeuse à haute température, lui-même disposé à l'extérieur du bâtiment 14 ;
    • trois condenseurs 41, 42 et 43, alimentés par un même distributeur 13, disposés à l'intérieur de l'enceinte 1, et plus particulièrement en haut du bâtiment 14, sous le toit (non représenté), et en suivant approximativement la pente de ce dernier ;
    • un circuit ou tuyau adiabatique 5 traversant le mur 15 de l'enceinte à chauffer, reliant la sortie 3a du vaporiseur 3 et les entrées 41a, 42a et 43a des condenseurs 41, 42 et 43 respectivement, par l'intermédiaire du distributeur 13, ledit circuit étant agencé pour assurer le passage du fluide caloporteur vaporisé, du vaporiseur 3 aux condenseurs précités, et le retour à contre-courant du fluide caloporteur condensé, des condenseurs 41 à 43 au vaporiseur 3.
    Le conduit calorifugé 8 de circulation de la veine gazeuse à haute température, constitue une source chaude 6 commune à tous les modules 2 de transfert thermique passifs. A cette fin, les vaporiseurs 3 des quatre modules 2 de transfert thermique sont disposés, dans le conduit calorifugé 8, en échange de chaleur avec la veine gazeuse circulant dans ce dernier. Un brûleur 9, par exemple d'un gaz combustible, est disposé à une extrémité du conduit de circulation 8, en amont de tous les vaporiseurs 3. Ainsi, avec aspiration d'air ambiant de l'atmosphère, une veine gazeuse à haute température circule dans le conduit 8, dans la direction et le sens établis par les flèches 16.
    Conformément à la figure 2, chaque module 2 de transfert thermique passif comprend des moyens de chauffage disposés en partie haute de l'enceinte 1 à chauffer, et dirigés vers le bas. Chaque moyen de chauffage combine une structure radiative 71, 72, ou 73, agencée pour rayonner thermiquement vers le bas, ayant une surface développée relativement importante, et liée thermiquement, par exemple par conduction, avec un condenseur 41, 42 ou 43 respectivement. Plus précisément, comme montré aux figures 1 et 3, chaque condenseur 41 ou 42 ou 43 comprend un tube fermé à une extrémité 41a, ou 42b, ou 43b, et la structure radiative 71, 72 ou 73 comprend deux ailes métalliques 71a et 71b, ou 72a et 72b, ou 73a et 73b, disposées de part et d'autre du tube précité, et reliées thermiquement par conduction à ce dernier. Comme montré à la figure 3, des moyens 10 d'isolation thermique de chaque structure radiative 71, 72 ou 73, sont disposés au-dessus du condenseur 41, 42 ou 43 respectivement, et de la structure radiative 71, 72 ou 73, d'un même module 2 de transfert thermique passif. Le condenseur 41, 42 ou 43, la structure radiative 71, 72 ou 73, et le moyen d'isolation thermique 10 sont dimensionnés les uns par rapport aux autres, en sorte que la chaleur émise par rayonnement par le moyen de chauffage représente au moins 80 % de la chaleur produite par ledit moyen de chauffage.
    Le vaporiseur 3 de chaque module 3 de transfert thermique comprend, d'une part un tube 12 fermé à une extrémité 12a, disposé transversalement, par exemple verticalement dans le conduit 8 de circulation de la veine gazeuse à haute température, et d'autre part une pluralité d'ailettes 13 disposées perpendiculairement à l'axe du tube fermé 12.
    Il résulte de la description précédente que chaque module 2 de transfert thermique passif se comporte en thermosiphon, comprenant le vaporiseur 3, à une extrémité et à un niveau bas, et trois condenseurs 41 à 43, disposés avec leurs structures radiatives 71 à 73 respectives, à l'autre extrémité et à un niveau haut. Le vaporiseur 3 et les condenseurs précités sont reliés entre eux par le conduit 5 adiabatique et le distributeur 13, pour assurer une montée de la phase vapeur (selon la flèche en pointillés), et une descente à contre-courant (selon la flèche en traits pleins) de la phase liquide du fluide caloporteur.
    Conformément à la présente invention, le fluide caloporteur et la pression interne dans chaque module 2 de transfert thermique passif sont déterminés pour établir en fonctionnement :
    • dans le condenseur, une température prédéterminée comprise entre 110°C et 250°C, et de préférence comprise entre 140°C et 160°C, par exemple 150°C ;
    • et dans le vaporiseur 3, une température comprise entre 400°C et 600°C, et de préférence comprise entre 450°C et 550°C, par exemple 500°C.
    Préférentiellement, le dimensionnement de chaque module 2 de transfert thermique répond aux caractéristiques suivantes :
    • le volume clos étant au maximum égal à 25 litres, la section de passage du circuit ou tuyau adiabatique 5 est comprise entre 3 et 4 cm ;
    • la longueur hors tout du module 2, c'est-à-dire développée du vaporiseur 3 aux condenseurs 41 à 43, est inférieure ou égale à 15 m.

    Claims (10)

    1. Installation de chauffage par caloduc, d'un bâtiment comprenant au moins une enceinte (1) à chauffer délimitée par un mur, ladite installation comprenant :
      (a) un module (2) de transfert thermique passif, formant un volume clos rempli avec un fluide caloporteur diphasique, comprenant au moins un vaporiseur (3), au moins un condenseur (41,42,43) disposé à l'intérieur de l'enceinte (1) à chauffer, et un circuit (5) adiabatique reliant la sortie (3a) du vaporiseur (3) et l'entrée (41a,42a,43a) du condenseur, traversant le mur de l'enceinte (1) à chauffer, agencé pour assurer le passage du fluide caloporteur vaporisé, du vaporiseur au condenseur, et le retour du fluide caloporteur condensé, du condenseur au vaporiseur ;
      (b) une source chaude (6), disposée à l'extérieur de l'enceinte (1) à chauffer, en échange de chaleur avec le vaporiseur (3) ;
      (c) des moyens de chauffage (71,72,73), disposés à l'intérieur de l'enceinte (1) à chauffer, liés thermiquement avec le condenseur (41,42,43)
      caractérisée en ce que les moyens de chauffage sont disposés en partie haute de l'enceinte (1) à chauffer, et dirigés vers le bas, et combinent au moins un condenseur (41,42,43) comprenant un tube fermé à une extrémité (41b,42b,43b), au moins une structure radiative (71,72,73) de rayonnement thermique, comprenant deux ailes (71a,72b,72a,72b,73a,73b) disposées de part et d'autre dudit tube, reliées thermiquement à ce dernier, et des moyens (10) d'isolation thermique de ladite structure radiative, disposés au-dessus du condenseur et de ladite structure, tous ces moyens étant dimensionnés les uns par rapport aux autres en sorte que la chaleur émise par rayonnement par lesdits moyens de chauffage représente au moins 80 % de la chaleur produite par lesdits moyens.
    2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide caloporteur et la pression interne dans le module (2) de transfert thermique passif sont déterminés pour établir en fonctionnement dans le condenseur une température prédéterminée comprise entre 110°C et 250°C, et de préférence comprise entre 140°C et 160°C, par exemple 150°C.
    3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le fluide caloporteur, et la pression interne dans le module (2) de transfert thermique sont déterminés également pour établir en fonctionnement dans l'évaporateur (3) une température comprise entre 400°C et 600°C, et de préférence comprise entre 450°C et 550°C, par exemple 500°C.
    4. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source chaude (6) comprend un conduit calorifugé (8) de circulation d'une veine gazeuse à haute température, disposé à l'extérieur de l'enceinte (1) à chauffer, dans lequel le vaporiseur (3) est disposé en échange de chaleur avec ladite veine gazeuse.
    5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'un brûleur (9), par exemple d'un gaz combustible, est disposé à une extrémité du conduit de circulation (8), en amont du vaporiseur (3).
    6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le vaporiseur (3) comprend, d'une part au moins un tube (12) fermé à une extrémité (12a) disposé transversalement, par exemple verticalement, dans le conduit (8) de circulation de la veine gazeuse à haute température, et d'autre part une pluralité d'ailettes (13) disposées perpendiculairement à l'axe du tube fermé (12).
    7. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de modules (2) de transfert thermique passif, distribués selon une dimension du bâtiment, par exemple sa longueur, les vaporiseurs (3) des différents modules respectivement étant disposés et distribués dans le même conduit (8) de circulation de la veine gazeuse à haute température, à l'extérieur du bâtiment (1), les condenseurs (41,42,43) et moyens de chauffage (71,72,73) étant disposés dans et à la partie haute de l'enceinte (1) à chauffer.
    8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module (2) de transfert thermique passif comprend, à une extrémité un vaporiseur (3), et à l'autre extrémité une pluralité de condenseurs (41,42,43)/structures radiatives (71,72,73), reliées par distributeur (13) au circuit (5) adiabatique.
    9. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour un volume clos du module de transfert thermique, au maximum égal à 25 litres, la section de passage du circuit (5) adiabatique est comprise entre 3 et 4 cm.
    10. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur hors tout du module (2) de transfert thermique, du vaporiseur (3) au condenseur (41,42,43), est inférieure ou égale à 15 m.
    EP95935499A 1995-10-13 1995-10-13 Installation de chauffage par caloduc d'un batiment Expired - Lifetime EP0855006B1 (fr)

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    PCT/FR1995/001358 WO1997014002A1 (fr) 1995-10-13 1995-10-13 Installation de chauffage par caloduc d'un batiment

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    EP0855006A1 EP0855006A1 (fr) 1998-07-29
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