FR2551110A1

FR2551110A1 - Freeze-protection device for equipment used for storing or supplying liquid sensitive to low temperatures in particular water.

Info

Publication number: FR2551110A1
Application number: FR8313744A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-24
Filing date: 1983-08-24
Publication date: 1985-03-01
Also published as: FR2551110B1

Abstract

This device is characterised in that it consists of at least one heat pipe 5 comprising one end 6 disposed in the ground at some distance from the surface S sufficient for the temperature at this location to be always greater than 0 DEG C, the said end being externally provided with a thermal-sensing system of the type having fins 10 or the like and internally with a system for distributing the trickling of the condensates, while at its other end 7 the said heat pipe is shaped and arranged so as to be in the immediate vicinity of the portion 1 of the equipment exposed to the risk of freezing. Application especially to equipment used for storing or distributing water.

Description

DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LE GEL
D'INSTALLATIONS DE STOCKAGE OU FOURNITURE DE LIQUIDE
GELIF, EN PARTICULIER DE L'EAU
La présente invention concerne la protection active contre le gel d'installations de stockage ou fourniture de liquide gélif, en particulier de l'eau et s'applique à tous volumes petits ou non,contenant en permanence ou non de l'eau et situés au dessus du sol ou bien insuffisamment enterrés pour être à l'abri du gel.FREEZE PROTECTION DEVICE
OF LIQUID STORAGE OR SUPPLY FACILITIES
GELIF, ESPECIALLY WATER
The present invention relates to active protection against freezing of storage facilities or supply of gelling liquid, in particular water and applies to all volumes, small or not, permanently or not containing water and located at above ground or insufficiently buried to be protected from frost.

C'est ainsi que l'invention peut s'appliquer, comme on le verra plus loin dans la description, aux robinets de puisage, aux compteurs, aux vannes, aux pompes, aux réservoirs d'eau pour animaux, etc.. Thus the invention can be applied, as will be seen later in the description, to draw-off taps, meters, valves, pumps, water tanks for animals, etc.

Traditionnellement la protection contre le gel se fait par apport de calories d'origine électrique, ou vidange des volumes exposés, ou isolation thermique. Dans les deux derniers cas l'utilisation des appareils protégés est retardée par des manipulations supplémentaires, parois compliquées et astreignantes. Traditionally protection against freezing is done by adding calories of electrical origin, or emptying exposed volumes, or thermal insulation. In the last two cases, the use of protected devices is delayed by additional handling, complicated and demanding walls.

La protection par vidange impose une autre vidange. La protection par isolation thermique impose un déshabillage de certaines parties pour en avoir l'accès. Dans la version aérienne des robinets de puisage,seul le rapport entre l'inertie thermique du matériel employé et la qualité de l'isolation permet de présumer de la protection obtenue. Ceci explique que les longues périodes de gel viennent à bout de ce type de protection. Les limites de ce type de protection reculent avec l'emploi de matériels semi-enterrés ou enterrés. Protection by emptying requires another emptying. Protection by thermal insulation requires that certain parts be stripped to gain access. In the aerial version of draw-off taps, only the relationship between the thermal inertia of the equipment used and the quality of the insulation makes it possible to presume the protection obtained. This explains why the long frost periods overcome this type of protection. The limits of this type of protection decrease with the use of semi-buried or buried materials.

La présente invention a pour but de remédier à ces problèmes tout en permettant une utilisation immédiate quelles que soient les conditions climatiques. The present invention aims to remedy these problems while allowing immediate use whatever the climatic conditions.

Le principe de l'invention est d'utiliser des tubes de chaleur, appelés aussi caloducs, pour prélever la chaleur souterraine toujours disponible et la transmettre aux parties exposées. Le fonctionnement du caloduc est spontané et provoque un transfert de calories vers tous ses éléments de surface plus froids que le bouilleur. La quantité de chaleur transportée est proportionnelle aux différences de température. The principle of the invention is to use heat tubes, also called heat pipes, to take the always available underground heat and transmit it to the exposed parts. The operation of the heat pipe is spontaneous and causes a transfer of calories to all its surface elements colder than the boiler. The amount of heat transported is proportional to the temperature differences.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de protection contre le gel d'installations de stockage ou fourniture de liquide gélif, en particulier de l'eau, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un tube de valeur ou caloduc comprenant une extrémité disposée dans le sol à une distance de la surface suffisante pour que la température à cet endroit soit toujours supérieure à OOC, ladite extrémité étant munie extérieurement d'un système de captage thermique du type à ailettes ou analogue et intérieurement d'un système de répartition de ruissellement des condensats, cependant qu'à son autre extrémité ledit caloduc est conformé et agencé de manière à se trouver au voisinage immédiat de la partie de l'installation exposée aux risques de gel. To this end, the subject of the invention is a device for protection against freezing of storage facilities or supply of gel-forming liquid, in particular water, characterized in that it consists of at least one tube of value or heat pipe comprising one end disposed in the ground at a distance from the surface sufficient for the temperature at this location to always be greater than OOC, said end being provided externally with a fin-type or similar type thermal collection system and internally a condensate runoff distribution system, while at its other end, said heat pipe is shaped and arranged so as to be in the immediate vicinity of the part of the installation exposed to the risk of frost.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui va suivre de diverses applications, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels
- Figure 1 illustre un dispositif conforme à l'invention
appliqué à la protection d'un robinet de puisage aérien;
- Figure 2 est une vue d'un mode de réalisation selon la
la figure 1
- Figure 3 illustre l'application de l'invention à un
compteur d'eau
- Figure 4 illustre l'application de l'invention à un re
gard d'installation d'eau, et
- Figure 5 représente schématiquement en coupe vertica
le axiale un abreuvoir automatique antigel réalisé
conformément à l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows of various applications, description given by way of example only and with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 illustrates a device according to the invention
applied to the protection of an overhead tap;
- Figure 2 is a view of an embodiment according to the
figure 1
- Figure 3 illustrates the application of the invention to a
water meter
- Figure 4 illustrates the application of the invention to a re
water installation guard, and
- Figure 5 shows schematically in vertical section
the axial an automatic antifreeze drinker made
according to the invention.

La figure 1 illustre le principe de l'invention appliqué à un robinet 1 de puisage d'eau aérien, branché à l'extrémité d'une colonne montante 2 elle même reliée par un raccord en T 3 à une canalisation 4 enterrée à une distance de quelques dizaines de centimètres en dessous du sol S à la maniere habituelle. Figure 1 illustrates the principle of the invention applied to a tap 1 for drawing air water, connected to the end of a riser 2 itself connected by a T-connector 3 to a pipe 4 buried at a distance a few tens of centimeters below the ground S in the usual way.

Conformément à l'invention un caloduc 5 est disposé de manière que sa partie inférieure 6 soit enterrée à un niveau nettement inférieur à celui de la canalisation 4, de fa çon qu' & cet endroit la température soit en toutes circonstan- ces sensiblement supérieure à OOC, quelle que soit la température atmosphérique au dessus du sol. Cette distance est de l'ordre de quelques dizaines de centimètres (1 m à 1 m 20 par exemple) au dessous de la canalisation 4. According to the invention a heat pipe 5 is arranged so that its lower part 6 is buried at a level significantly lower than that of the pipe 4, so that at this location the temperature is in all circumstances substantially higher than OOC, whatever the atmospheric temperature above the ground. This distance is of the order of a few tens of centimeters (1 m to 1.20 m for example) below the pipe 4.

Si la nature du sol ne permettait pas de creuser suffisamment,l'extrémité 6 pourrait être inclinée plus ou moins comme représenté en tiretés en 6'. If the nature of the soil did not allow sufficient digging, the end 6 could be inclined more or less as shown in dashed lines in 6 '.

Le caloduc 5 traverse le raccord 3 de manière étanche, dans l'axe de la colonne montante 2 et s'étend intérieurement dans cette dernière de façon que l'extrémité supérieure 2 avoisine l'organe d'obturation du robinet 1. The heat pipe 5 passes through the fitting 3 in a sealed manner, in the axis of the riser 2 and extends internally in the latter so that the upper end 2 is close to the valve shutter member 1.

Le caloduc 5 ou tube de chaleur est par exemple un tube de cuivre recuit de 1 cm de diamètre intérieur contre nant un fluide fluorocarboné à haute tension de vapeur en quantité appropriée. Avantageusement une hélice en fil d'acier est plaquée sur la paroi intérieure au moins au droit de la partie inférieure 6 qui doit être enterrée afin de mouiller toute la surface interne et de faciliter la répartition du ruissellement des condensats. The heat pipe 5 or heat tube is, for example, an annealed copper tube with an internal diameter of 1 cm against a fluorocarbon fluid with high vapor pressure in an appropriate quantity. Advantageously, a steel wire propeller is pressed against the inner wall at least in line with the lower part 6 which must be buried in order to wet the entire internal surface and to facilitate the distribution of the condensate runoff.

Une telle structure de caloduc est bien connue tt n0a pas besoin d'être décrite plus en détail. Such a heat pipe structure is well known and does not need to be described in more detail.

En fonctionnement la partie inférieure 6 du caloduc est remplie d'un fluide condensable qui pompe des calories dans le sol environnant. Ce fluide condensable en s'évaporant monte dans la partie supérieure du caloduc où, en contact thermique avec l'eau de la colonne montante 2, il va céder des calories à cette eau et donc la réchauffer. En cédant ses calories le gaz va se recondenser sur la paroi du caloduc et ruisseler vers la partie inférieure où il va à nouveau ré- cupérer des calories et s'évaporer à nouveau et ainsi de suite. In operation the lower part 6 of the heat pipe is filled with a condensable fluid which pumps calories into the surrounding soil. This evaporating condensable fluid rises in the upper part of the heat pipe where, in thermal contact with the water in the riser 2, it will transfer calories to this water and therefore heat it. By yielding its calories, the gas will recondense on the wall of the heat pipe and trickle towards the lower part where it will again recover calories and evaporate again and so on.

I1 y a donc transfert de calories depuis le sol vers la colonne montante 2 et le robinet 1, suffisamment pour préserver de la gelée l'eau dans la colonne 2. There is therefore a transfer of calories from the ground to the riser 2 and the tap 1, enough to preserve the water in column 2 from freezing.

La figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif de la figure 1. FIG. 2 represents an embodiment of the device of FIG. 1.

La colonne montante 2 présente un diamètre intérieure suffisant pour recevoir le tube du caloduc 5 sans nuire au débit d'eau désiré. L'extrémité supérieure 7 du caloduc est fixée par tous moyens appropriés dans l'axe du siège 8 du robinet et à proximité immédiate du plan du siège 8, en regard du clapet 9 (ou de tout autre organe d'obturation du robinet). r
L'étanchéité entre le raccord 3 et le tube 5 est réalisée par exemple par soudage ou sertissage.The riser 2 has an internal diameter sufficient to receive the tube of the heat pipe 5 without affecting the desired water flow. The upper end 7 of the heat pipe is fixed by any appropriate means in the axis of the seat 8 of the valve and in the immediate vicinity of the plane of the seat 8, opposite the valve 9 (or any other valve closure member). r
The seal between the connector 3 and the tube 5 is produced for example by welding or crimping.

L'extrémité inférieure du caloduc 5 est de préférence munie d'une ou plusieurs ailettes 10 de captage thermique, rapportees sur le tube par tous moyens appropriés et destinees à assurer un bon transfert des calories depuis le sol environnant vers la partie inférieure du caloduc. The lower end of the heat pipe 5 is preferably provided with one or more fins 10 for thermal capture, attached to the tube by any suitable means and intended to ensure a good transfer of calories from the surrounding soil to the lower part of the heat pipe.

La figure 3 illustre l'application de l'invention à un compteur d'eau schématisé par une enceinte métalliquell symbolisant la chambre d'eau du compteur. Cette chambre 11 est interposée dans un circuit d'eau comprenant la conduite enterrée 12 d'alimentation eneau dont le débit est à mesurer, une colonne montante 13 d'amenée de l'eau au compteur (non enterré ), une colonne descendante 14 de raccordement à la conduite enterrée 12. FIG. 3 illustrates the application of the invention to a water meter shown diagrammatically by a metal enclosure symbolizing the meter water chamber. This chamber 11 is interposed in a water circuit comprising the buried water supply pipe 12 whose flow is to be measured, a rising column 13 for supplying water to the meter (not buried), a descending column 14 of connection to buried pipe 12.

La chambre d'eau 11 est raccordée en amont à la colonne montante 13 par un robinet à- clapet 15 et en aval à la colonne descendante 14 par un second robinet à clapet 16. The water chamber 11 is connected upstream to the riser 13 by a valve 15 and downstream to the downcomer 14 by a second valve 16.

Les robinets 15 et 16 servent à isoler le compteur et à interrompre la circulation d'eau dans les conduites 12.The valves 15 and 16 serve to isolate the meter and to interrupt the circulation of water in the pipes 12.

Les colonnes montante 13 et descendante 14 sont munies chacune d'un système caloduc (5, 10) exactement identique à celui représenté en figure 2. The rising 13 and falling 14 columns are each provided with a heat pipe system (5, 10) exactly identical to that shown in FIG. 2.

Le compteur est avantageusement disposé dans un coffret de plastique (non représenté) contenant un matériau isolant entourant le compteur. The meter is advantageously placed in a plastic box (not shown) containing an insulating material surrounding the meter.

Les deux vannes antigel 15 et 16 protègent efficacement le compteur du gel grâce au transfert des calories de puis les zones du sol où sont enfouis les capteurs 10 jusqu'aux vannes 15 et 16 flanquant le compteur, empêchant ainsi l'eau circulant de la vanne 15 à la vanne 16 de geler même en cas de température atmosphérique avoisinante nettement nSgative. The two antifreeze valves 15 and 16 effectively protect the meter from freezing thanks to the transfer of calories from then the areas of the ground where the sensors 10 are buried to the valves 15 and 16 flanking the meter, thus preventing the water flowing from the valve 15 at valve 16 to freeze even in the case of a clearly nSgative surrounding atmospheric temperature.

La figure 4 illustre l'application de l'invention à la protection d'un regard ou prise d'eau. A cet effet le système caloduc 17 peut comprendre une partie inférieure 18 (ou plusieurs) à ailette 10 de captage thermique, enfouie profondément dans le sol, et reliée à une partie supérieure en forme de manchon 19 entourant le regard ou prise d'eau (non représenté) au niveau du sol S. Dans le mode de réalisation de la figure 4 la partie supérieure 19 est réalisée suivant la technique bien connue du "roll-bond'. A cet effet, le circuit de circulation du fluide dans le caloduc est délimité entre deux feuilles métalliques annulaires appliquées l'une contre l'autre et déterminant entre elles des conduits ramifiés 20 communiquant avec le reste du caloduc.Avantageu serment la face externe du manchon feuilleté 19 est entourée d'un revêtement isolant thermique 21. FIG. 4 illustrates the application of the invention to the protection of a manhole or water intake. To this end, the heat pipe system 17 may comprise a lower part 18 (or more) with a fin 10 for thermal capture, buried deep in the ground, and connected to an upper part in the form of a sleeve 19 surrounding the manhole or water intake ( not shown) at ground level S. In the embodiment of FIG. 4, the upper part 19 is produced according to the well-known "roll-bond" technique. For this purpose, the circuit for circulation of the fluid in the heat pipe is delimited between two annular metal sheets applied one against the other and determining between them branched conduits 20 communicating with the rest of the heat pipe. Avantageu oath the external face of the laminated sleeve 19 is surrounded by a thermal insulating coating 21.

Bien entendu, au lieu du réseau ramifié 20 on pourrait réaliser un manchon annulaire continu autour du regard à protéger. Of course, instead of the branched network 20, a continuous annular sleeve could be produced around the manhole to be protected.

L'ouverture circulaire à la partie supérieure du dispositif est avantageusement munie d'un couvercle Une telle structure peut 5 s'appliquer à la protec- tion d'organes sensibles au froid mais ne contenant pas seau
La figure 5 représente une application de lín- vention à la réalisation d'un abreuvoir automatique protégé contre le gel.The circular opening at the top of the device is advantageously provided with a cover. Such a structure can be applied to the protection of organs sensitive to cold but not containing a bucket.
FIG. 5 represents an application of the invention for the production of an automatic drinker protected against frost.

A cet effet, le système caloduc comprend une partie supérieure 30 en forme d'auge cylindrique ou polygonale à double paroi cloisonnée ou non, reliée à plusieurs conduits inférieurs en parallèle 31 enfouis dans le sol et munis chacun d'ailettes 10 de captage thermique. To this end, the heat pipe system comprises an upper part 30 in the form of a cylindrical or polygonal trough with a double wall, partitioned or not, connected to several parallel lower conduits 31 buried in the ground and each provided with fins 10 for thermal capture.

L'auge 30 est suspendue à sa partie supérieure par une collerette périphérique 32 sur le rebord supérieur d'un bâti support 33, par exemple en maçonnerie, entourant l'auge 30 et en partie enfoncé dans le sol. Un matériau iso- lant thermique 34 est interposé entre l'auge 30 et le bâti 33. The gauge 30 is suspended at its upper part by a peripheral flange 32 on the upper rim of a support frame 33, for example in masonry, surrounding the trough 30 and partly sunk into the ground. A thermal insulating material 34 is interposed between the trough 30 and the frame 33.

A l'intérieur de l'auge 30 peut se déplacer un seau 35 cylindrique ou polygonal percé de trous 36 de remplissage à sa partie supérieure. Inside the trough 30 can move a cylindrical or polygonal bucket 35 pierced with filling holes 36 at its upper part.

Le seau 35 peut flotter dans l'eau 37 contenue dans l'auge 30. Dans l'axe du seau1 extérieurement à celuici, est prévu un prolongement 38 formant pointeau engage dans un corps de vanne 39 rapporté sous le fond de l'auge 30 et relié à une canalisation d'arrivée d'eau 40. The bucket 35 can float in the water 37 contained in the trough 30. In the axis of the bucket1 outside thereof, there is provided an extension 38 forming a needle engaged in a valve body 39 attached under the bottom of the trough 30 and connected to a water inlet pipe 40.

Lorsque l'eau 37 arrive à hauteur des trous 36 du seau flottant 35 ce dernier se remplit jusqu'à ce qu'il coule et obture par le pointeau 38 l'arrivée d'eau dans le corps de vanne 39. L'abreuvoir est plein. Au fur et à mesure qu'il va être vidé le seau 35 allégé va se soulever à un certain moment et permettre à nouveau l'admission d'eau dans l'auge 30 par l'intermédiaire de l'interstice entre le pointeau 38 et le corps de vanne 39. When the water 37 arrives at the level of the holes 36 of the floating bucket 35 the latter fills up until it flows and closes by the needle 38 the water inlet in the valve body 39. The drinker is full. As soon as it is emptied, the lightened bucket 35 will rise at a certain moment and again allow the admission of water into the trough 30 through the gap between the needle 38 and the valve body 39.

Le fond de l'auge 30 présente un fond surélevé 41 au droit du pointeau 38 de façon à ménager à la périphérie inférieure une zone 42 de collecte des saletés ou débris divers évitant ainsi que le corps de vanne soit colmaté. The bottom of the trough 30 has a raised bottom 41 in line with the needle 38 so as to provide at the lower periphery an area 42 for collecting various dirt or debris thus preventing the valve body from being clogged.

Le fonctionnement d'un tel abreuvoir est ainsi totalement automatique et sa protection contre le gel est assurée en permanence grâce à l'auge 30 formée par la partie supérieure du caloduc. The operation of such a drinker is thus completely automatic and its protection against freezing is ensured permanently thanks to the trough 30 formed by the upper part of the heat pipe.

Dans le dispositif de la figure 5 le seau flottant 35 et son pointeau 38 peuvent être supprimés, l'arrivée d'eau étant commandée par une vanne automatique ou manuelle ou bien l'abreuvoir étant rempli par d'autres moyens. In the device of FIG. 5, the floating bucket 35 and its needle 38 can be eliminated, the water supply being controlled by an automatic or manual valve or else the trough being filled by other means.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne les formes et agencements des systèmes caloducs en fonction des diverses applications envisagées, en particulier de la nature de l'installation de stockage ou distribution d'eau à protéger. L'invention s'applique également aux liquides figeables et d'une manière générale à tout organe sensible au froid. Enfin, la section du ou des caloducs peut ne pas être constante sur toute la longueur du système. Of course, the invention is not limited to the embodiments shown and described above but on the contrary covers all the variants in particular with regard to the forms and arrangements of the heat pipe systems according to the various applications envisaged, in particular the nature of the water storage or distribution installation to be protected. The invention also applies to freezable liquids and in general to any body sensitive to cold. Finally, the section of the heat pipe (s) may not be constant over the entire length of the system.

Claims

1. Device for protection against freezing of storage facilities or supply of gelling liquid, in particular water, characterized in that it consists of at least one heat tube or heat pipe (5) comprising one end (6) disposed in the ground at a distance from the surface (S) sufficient for the temperature at this location to always be greater than OOC, said end being externally provided with a fin type thermal collection system (10) or analogous and internally of a condensate runoff distribution system, while at its other end (7) said heat pipe is shaped and arranged so as to be in the immediate vicinity of the part (l) of the installation exposed to risk of frost.

2. Device according to claim 1 more particularly applied to the protection of a tap (1) connected by a riser (2) to a buried pipe (4), said device being characterized in that the tube of the heat pipe ( 5) passes through the connection (3) of said pipe to the riser in a sealed manner, in the axis of the latter, and extends inside the riser, being surrounded by the liquid to be preserved. 'upper end (7) of said tube being fixed to the tap (i) in close proximity to the shutter member of that.

3. Device according to claim 1 or 2 more particularly applied to the protection of a water meter, characterized in that it comprises a riser (13) connected at its lower end to a pipe (12) for water supply buried, a descending column (14) connected at its lower end to a water distribution pipe (12), said columns being connected at their upper end to the water chamber (11) of the meter to be protected via a control valve (15, 16) or the like and each provided internally with a heat pipe (5, 10) arranged in accordance with said claim 1 or 2.

4. Device according to claim 1 more particularly applied to the protection of a manhole or water intake, characterized in that the upper part of the heat pipe is shaped as a sleeve (19) with a continuous or branched double wall (20) and arranged around and in the immediate vicinity of said manhole or water intake.

5. Device according to claim 4, characterized in that the external wall of said upper part of the heat pipe is coated at least partially with a thermal insulating material (21).

6. Device according to claim 1 more particularly intended to constitute a drinker, characterized in that the upper part of the heat pipe system is shaped as a double wall trough of cylindrical or polygonal shape (30) and is fixed to a support sleeve (33) at least partially buried in the ground and surrounding said trough with the interposition of a thermal insulating material (34), inside said trough being disposed a floating bucket (35) provided with filling holes (36) at its upper part - Having and capable of moving vertically in the trough, the bucket being provided externally at its lower end with an axial projection forming a needle (38) and cooperating with a valve body (39) fixed in the bottom. of said trough (30), said needle automatically controlling the water supply.

each time the bucket (35) is emptied enough to rise.