FR2525329A1

FR2525329A1 - Thermosiphon heat exchanger for solar heater - has closed solar circuit water flowing between tank jackets

Info

Publication number: FR2525329A1
Application number: FR8206450A
Authority: FR
Inventors: Lucien Perello
Original assignee: HERAUD SA
Current assignee: HERAUD SA
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1983-10-21
Also published as: FR2525329B3

Abstract

The heat exchanger has an inner cylindrical jacket (1) which defines a secondary chamber (2) which has, at its two opposed axial ends, an inlet tube (5) and an exit tube (8) for the reheated water. An exterior cylindrical jacket (11) defines an annular chamber (12) connected to a closed primary circuit (14,15) that contains a solar panel or collector (13) for primary circuit fluid heating. The primary circuit supply is fixed below the annular chamber summit, its return is fixed to the annular chamber base, and one third of the primary circuit contains air or other compressible gas, while the rest contains water.

Description

La plus grande partie des systèmes de chauffage solaire en thermosiphon actuellement en exploitation utilise des échangeurs thermiques directs dans lesquels le fluide a réchauffer, notamment de l'eau, traverse directement le panneau ou collecteur solaire. Most of the thermosyphon solar heating systems currently in operation use direct heat exchangers in which the fluid to be heated, in particular water, passes directly through the solar panel or collector.

Dans ce cas, on observe plusieurs inconvénients majeurs. Lorsque 1 'eau est calcaire ou contient d'autres impuretés, le circuit est rapidement obturé. D'autre part, la régulation de tels systemes nécessite l'emploi d'un vase d'expansion séparé. Enfin, ces systemes doivent toujours comprendre des moyens de protection contre le gel et on fait alors appel à des dispositifs de vidange automatiques nécessitant du courant électrique pour leur fonctionnement et leur controle. In this case, there are several major drawbacks. When the water is hard or contains other impurities, the circuit is quickly closed. On the other hand, the regulation of such systems requires the use of a separate expansion tank. Finally, these systems must always include means of protection against frost and then automatic draining devices are used which require electric current for their operation and control.

La présente invention a pour objet de concevoir un échangeur thermique pour systèmes de chauffage solaire en thermosiphon permettant de remédier auxdits inconvénients des dispositifs de la technique antérieure et qui peut être exploité indépendamment de toute autre énergie extérieure. The present invention aims to design a heat exchanger for solar heating systems thermosiphon to overcome said drawbacks of the devices of the prior art and which can be operated independently of any other external energy.

L'échangeur selon l'invention comprend une chemise cylindrique délimitant une chambre secondaire qui comprend a ses deux extrémités axiales opposées au moins une tubulure pour l'arrivée du fluide a réchauffer et une tubulure pour l'évacuation du fluide réchauffé, une chemise extérieure cylindrique fixée sur la chemise intérieure qui délimite une chambre annulaire reliée a un circuit primaire fermé dans lequel est inséré un panneau ou collecteur solaire pour chauffer le fluide du circuit primaire ; le conduit d'alimentation du circuit primaire est relié a la chambre annulaire a un niveau au-dessous du sommet de cette dernière tandis que le conduit de retour est relié au point bas de cette chambre,ledit circuit primaire contenant 1/3 de sa capacité d'air ou d'un autre gaz compressible, tandis que le restant de sa capacité est rempli d'un fluide primaire caloporteur, insensible au gel si nécessaire. The exchanger according to the invention comprises a cylindrical jacket delimiting a secondary chamber which comprises at its two opposite axial ends at least one tube for the arrival of the fluid to be heated and a tube for the evacuation of the heated fluid, a cylindrical outer jacket fixed to the inner jacket which delimits an annular chamber connected to a closed primary circuit in which a solar panel or collector is inserted to heat the fluid of the primary circuit; the primary circuit supply duct is connected to the annular chamber at a level below the top of the latter while the return duct is connected to the low point of this chamber, said primary circuit containing 1/3 of its capacity air or other compressible gas, while the rest of its capacity is filled with a primary heat transfer fluid, insensitive to frost if necessary.

Grâce à cette structure, le circuit primaire véhiculant un fluide a température élevée est un circuit fermé ne risquant plus d'être obturé par des dépôts de calcaire ou similaire. L'air contenu dans ce circuit fermé assure une parfaite autorégulation. Thanks to this structure, the primary circuit conveying a fluid at high temperature is a closed circuit which no longer risks being blocked by deposits of limestone or the like. The air contained in this closed circuit ensures perfect self-regulation.

A la partie supérieure de la chambre annulaire se situe un orifice servant au remplissage du circuit primaire. Cet orifice est muni d'un bouchon pouvant recevoir soit une tubulure de surverse soit une soupape. At the upper part of the annular chamber there is an orifice for filling the primary circuit. This orifice is provided with a plug which can receive either an overflow pipe or a valve.

L'échangeur selon l'invention est d'une structure particulièrement simple ne nécessitant ni vase d'expansion extérieur ni système de purge automatique. Il est donc totalement autonome et fonctionne sans apport d'autre énergie extérieure telle que du courant électrique. The exchanger according to the invention is of a particularly simple structure requiring neither an external expansion vessel nor an automatic purge system. It is therefore completely autonomous and operates without any other external energy such as electric current.

Suivant un mode de réalisation préféré de l'échangeur selon l'invention, les chambres s'étendent par leur axe longitudinal sensiblement en position horizontale. According to a preferred embodiment of the exchanger according to the invention, the chambers extend by their longitudinal axis substantially in the horizontal position.

Dans ce dernier cas, le conduit d 'arrivée du circuit primaire est relié à la chambre annulaire à un niveau correspondant sensiblement à la mihauteur de celle-ci et au voisinage de la tubulure d'arrive du circuit secondaire. In the latter case, the inlet pipe of the primary circuit is connected to the annular chamber at a level corresponding substantially to the mid-height thereof and in the vicinity of the inlet pipe of the secondary circuit.

Des expériences pratiques ont démontré qu'une telle disposition des chambres et un tel branchement du conduit d'arrivée du circuit secondaire permettent d'augmenter l'efficacité de l'ec.angeur selon l'invention. Practical experiences have shown that such an arrangement of the chambers and such a connection of the inlet duct of the secondary circuit make it possible to increase the efficiency of the ec.angeur according to the invention.

D'autres réalisations et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre ou on se refermera a la figure unique annexée qui est une vue en coupe axiale de l'échangeur selon l'invention relié à un capteur solaire. Other embodiments and advantages of the invention will emerge from the description which follows or we will close up in the single appended figure which is a view in axial section of the exchanger according to the invention connected to a solar collector.

L'échangeur de chaleur selon l'invention représenté ici comprend une chemise cylindrique intérieure 1 délunitant une chambre intérieure 2 reliée à un circuit secondaire véhiculant de l'eau ou un autre liquide à réchauffer. La chemise intérieure 1 est fermée à ses extrémités par des couvercles 3 et 4 soudés ou rivetés d'une maniere étanche sur les parois de la chemise 1. Le couvercle 3 porte au voisinage de la périphérie de la chemise 1, deux tubulures pour l'arrivée du fluide à réchauffer 5 disposées dans des positions diamètralement opposées. Le couvercle 3 comprend de plus un embout central 6 fermé par un bouchon 7 permettant l'inspection et l'entretien de la chambre intérieure 2. The heat exchanger according to the invention shown here comprises an inner cylindrical jacket 1 deluning an inner chamber 2 connected to a secondary circuit conveying water or another liquid to be heated. The inner jacket 1 is closed at its ends by covers 3 and 4 welded or riveted in a sealed manner on the walls of the jacket 1. The cover 3 carries, in the vicinity of the periphery of the jacket 1, two pipes for the arrival of the fluid to be heated 5 arranged in diametrically opposite positions. The cover 3 further comprises a central endpiece 6 closed by a plug 7 allowing the inspection and maintenance of the interior chamber 2.

De même, le couvercle 4 comprend deux tubulures 8 pour l'évacuation du liquide réchauffé disposées én regard des tubulures d'arrivée 5 et un embout central 9 fermé par un bouchon 10. Likewise, the cover 4 comprises two pipes 8 for evacuating the heated liquid arranged opposite the inlet pipes 5 and a central end piece 9 closed by a plug 10.

Autour de la chemise intérieure 1, est prévue une chemise cylindrique extérieure 11 soudée sur la chemise intérieure et délimitant une chambre annulaire 12 pour la circulation du fluide du circuit primaire. Ce circuit comprend un panneau solaire 13, représenté très schématiquement ici, qui est relié à un conduit de retour de fluide 14 et a un conduit de départ de fluide 15. Le conduit est relié à la chambre annulaire 12 à un niveau inférieur au sommet de cette chambre comme représenté schématiquement en 16 et, de préférence sensiblement a la mi-hauteur de la chambre 12. Le retour vers le panneau solaire 13 est prévu à l'extrémité inférieure de la chambre 12 et au voisinage de l'extrémité opposée au raccord 16 comme représenté schématiquement en 17. Around the inner jacket 1 is provided an outer cylindrical jacket 11 welded to the inner jacket and delimiting an annular chamber 12 for the circulation of the fluid of the primary circuit. This circuit includes a solar panel 13, shown very schematically here, which is connected to a fluid return duct 14 and has a fluid outlet duct 15. The duct is connected to the annular chamber 12 at a level below the top of this chamber as shown schematically in 16 and, preferably substantially at the mid-height of the chamber 12. The return to the solar panel 13 is provided at the lower end of the chamber 12 and in the vicinity of the end opposite the connector 16 as shown schematically in 17.

Au centre et au sommet de la chambre 12 est prévu un orifice 18 servant au remplissage du circuit primaire. Cet orifice peut être obturé par un bouchon 19 pouvant recevoir un tube de surverse ou une soupape de sureté. In the center and at the top of the chamber 12 is provided an orifice 18 serving to fill the primary circuit. This orifice can be closed by a plug 19 which can receive a overflow tube or a safety valve.

On obtient ainsi un circuit primaire fermé comprenant le panneau solaire 13, le conduit 15, la chambre 12 et le conduit de recyclage 14. Ce circuit ne risque plus d'être obturé par des dépôts de calcaire ou d'autres matières contenues dans le fluide caloporteur. A closed primary circuit is thus obtained comprising the solar panel 13, the conduit 15, the chamber 12 and the recycling conduit 14. This circuit no longer risks being blocked by deposits of limestone or other materials contained in the fluid. coolant.

De plus, selon l'invention, le circuit primaire n'est pas conplètement rempli de fluide véhiculant de la chaleur mais environ 1/3 de sa capacité est rempli d'air . L'air étant compressible, on obtient ainsi une autorégulation parfaite, sans avoir besoin d'un vase d'expansion complémentaire. In addition, according to the invention, the primary circuit is not completely filled with heat-conveying fluid but about 1/3 of its capacity is filled with air. Since the air is compressible, perfect self-regulation is obtained, without the need for an additional expansion tank.

L'élévation de température obtenue dans le capteur solaire provoque une expansion du fluide caloporteur et donc une compression de l'air contenu dans la chambre, comme dans toute compression d'un gaz, on obtient ainsi un échauffement accroissant le phénomène d'échange de chaleur. The rise in temperature obtained in the solar collector causes an expansion of the heat transfer fluid and therefore a compression of the air contained in the chamber, as in any compression of a gas, one thus obtains a heating increasing the phenomenon of exchange of heat.

La quantité d'air contenue dans le circuit primaire est bien entendu fonction de l'inclinaison de la cuve par rapport à l'horizontale. The amount of air contained in the primary circuit is of course a function of the inclination of the tank relative to the horizontal.

On obtient ainsi une installation totalement autonome ne nécessitant plus de courant électrique pour des vidanges automatiques et qui est particulièrement apte à être installée et utilisée dans des régions isolées loin de toute autre source d'énergie. A completely autonomous installation is thus obtained which no longer requires electric current for automatic emptying and which is particularly suitable for being installed and used in isolated regions far from any other source of energy.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ici mais on peut y apporter de nombreuses modifications sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown here, but many modifications can be made without departing from the scope of the invention.

Claims

1. Heat exchanger for solar heating installations by thermosiphoning, characterized in that it comprises a cylindrical jacket (1) delimiting a secondary chamber (2) which comprises at its two opposite axial ends at least one tube (5) for the inlet of the fluid to be heated and a tube (8) for the evacuation of the heated fluid, a cylindrical outer jacket (11) fixed on the inner jacket (1) and which delimits an annular chamber (12) connected to a closed primary circuit ( 14,15) in which a solar panel or collector is inserted to heat the fluid of the primary circuit, the supply conduit (15) of the primary circuit is connected to the annular chamber (12) at a level below the top of the latter while the return duct (15) is connected to the low point of this chamber (12), said primary circuit containing 1/3 of its capacity of air or other compressible gas while the rest of its capacity is filled with a primai fluid re, preferably water.

2. Exchanger according to claim 1, characterized in that the chambers (2,12) extend by their longitudinal axis, substantially in the horizontal position.

3. Exchanger according to claim 2, characterized in that the inlet conduit (15) of the primary circuit is connected to the annular chamber (12) at a level corresponding substantially to the mid-height thereof and in the vicinity of the secondary circuit inlet manifold.