FR2554571A1 - Method of heat exchange between a hot and cold fluid using a fluid mixture as the heat-carrying medium and producing a circulation of the heat-carrying medium by capillary attraction - Google Patents

Method of heat exchange between a hot and cold fluid using a fluid mixture as the heat-carrying medium and producing a circulation of the heat-carrying medium by capillary attraction Download PDF

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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-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
    • F28D15/02Heat-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
    • F28D15/0266Heat-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

Abstract

The method transfers heat from a hot to a cold fluid by means of a heat-carrying medium with at least two non-azeotropic constituents contained in a loop circuit. The hot fluid 2, 3 gives up its heat in an exchanger I and this heat is used to vaporise the heat-carrying medium, which is then condensed in an exchanger II giving up its heat of condensation to the cold fluid 5, 6. The heat-carrying medium is transferred from exchanger II to exchanger I by capillary attraction 4. Usable in the recovery of heat from industrial effluent or discharges from thermal processes, e.g. smoke from a furnace.

Description

Le procédé selon l'invention a pour but de permettre le transfert de chaleur d'un fluide chaud vers un fluide froid, et plus particulièrement de permettre la récupération de chaleur disponible d'un fluide chaud pour la transmettre à un fluide froid qu'il est nécessaire de réchauffer.The method according to the invention aims to allow the transfer of heat from a hot fluid to a cold fluid, and more particularly to allow the recovery of available heat from a hot fluid to transmit it to a cold fluid that it is necessary to reheat.

Dans de nombreux cas, un tel échange de chaleur ne peut pas être effectué dans des conditions satisfaisantes en mettant directement le fluide chaud et le fluide froid en relation d'échange dans un échangeur de chaleur. C'est en particulier le cas lorsque ces deux fluides circulent dans des conduits distants l'un de l'autre, le fait de les amener en contact dans un échangeur pouvant conduire à une installation encombrante et coûteuse, ou encore à des pertes de charge inacceptables. Ceci peut se produire notamment pour des échanges entre gaz circulant à des pressions relativement basses.In many cases, such a heat exchange cannot be carried out under satisfactory conditions by directly putting the hot fluid and the cold fluid in exchange relationship in a heat exchanger. This is in particular the case when these two fluids circulate in conduits distant from one another, the fact of bringing them into contact in an exchanger which can lead to a bulky and expensive installation, or even to pressure drops unacceptable. This can happen in particular for exchanges between gases circulating at relatively low pressures.

I1 est connu dans un tel cas d'utiliser un agent caloporteur tel que l'eau, l'eau glycolée ou encore des fluides organiques liquides de température d'ébullition élevée, circulant dans une boucle d'échange, le fluide caloporteur étant chauffé par le fluide chaud dans une première zone d'échange de chaleur et chauffant le fluide froid dans une deuxième zone d'échange de chaleur distincte de la première. I1 is known in such a case to use a heat transfer agent such as water, glycol water or liquid organic fluids of high boiling temperature, circulating in an exchange loop, the heat transfer fluid being heated by the hot fluid in a first heat exchange zone and heating the cold fluid in a second heat exchange zone separate from the first.

Un tel système nécessite le fonctionnement permanent d'une pompe de circulation, ce qui nécessite un entretien pour disposer d'un fonctionnement fiable sur une longue durée. D'autre part aucun des fluides utilisés n'est entièrement satisfaisant. L'eau employée sans antigel ne peut être utilisée en hiver dans la plupart des cas d'applications ; l'eau glycolée qui évite cet inconvénient présente des caractéristiques de viscosité élevée, nuisible au transfert thermique, et de corrosion. Enfin, les fluides organiques lourds sont cofteux et présentent également une viscosité élevée.Such a system requires the permanent operation of a circulation pump, which requires maintenance to have reliable operation over a long period. On the other hand, none of the fluids used is entirely satisfactory. Water used without antifreeze cannot be used in winter in most applications; glycol water which avoids this drawback has characteristics of high viscosity, detrimental to heat transfer, and of corrosion. Finally, heavy organic fluids are expensive and also have a high viscosity.

I1 est connu d'autre part, qu'un transfert de chaleur peut être effectué par vaporisation et condensation d'un fluide tel que l'eau ou un fluide organique. Toutefois une telle technique n'est pas adaptée à l'échange de chaleur entre fluides dont la température évolue au cours de l'échange et en particulier ne peut être mise en oeuvre si les intervalles de température selon lesquels évoluent le fluide chaud et le fluide froid se recouvrent partiellement. I1 is known on the other hand, that a heat transfer can be carried out by vaporization and condensation of a fluid such as water or an organic fluid. However, such a technique is not suitable for the exchange of heat between fluids whose temperature changes during the exchange and in particular can not be implemented if the temperature intervals according to which the hot fluid and the fluid evolve. cold partially overlap.

L'objet de l'invention est de décrire un procédé permettant un taux de récupération de chaleur élevée sans consommation d'énergie mécanique et qui peut être utilisé même à de basses températures sans comporter de risque de congélation à condition de choisir un fluide caloporteur adapté. En particulier l'invention décrit un procédé de transfert de chaleur d'un fluide chaud à un fluide froid qui permet de pouvoir travailler avec un recouvrement partiel des domaines d'évolution de la température du fluide chaud et du fluide froid, donc avec un meilleur taux de récupération de chaleur.The object of the invention is to describe a process allowing a high heat recovery rate without consuming mechanical energy and which can be used even at low temperatures without involving the risk of freezing provided that a suitable heat transfer fluid is chosen. . In particular, the invention describes a method of transferring heat from a hot fluid to a cold fluid which makes it possible to be able to work with partial recovery of the ranges of evolution of the temperature of the hot fluid and of the cold fluid, therefore with better heat recovery rate.

Le procédé selon l'invention de transfert de chaleur d'un fluide A relativement chaud à un fluide B relativement froid est caractérisé en ce que l'on maintient un fluide caloporteur dans un circuit continu sensiblement isobare, formant une boucle et comportant en série au moins deux zones distinctes d'échange de chaleur (I) et (II), des moyens d'aspiration capillaire sur l'un des circuits joignant l'échangeur (I) à l'échangeur (11),ledit fluide caloporteur comprenant au moins deux constituants capables de s'évaporer au moins en partie dans un domaine de température situé au moins en partie au-dessous de a température du fluide A et de se condenser
au moins en partie dans un domaine de température situé au moins en
partie au-dessus de la température du fluide B, deux au moins de ces
constituants ne formant pas d'azéotrope entre eux, et en ce qu'on
fait passer le fluide A dans la zone d'échange (I) et le fluide B dans la zone d'échange (II), chacun en relation d'échange thermique avec ledit fluide caloporteur, lesdits moyens d'aspiration capillaire
permettant de faire passer la phase liquide formée par condensation de
la zone (II) la zone (I).
The method according to the invention for transferring heat from a relatively hot fluid A to a relatively cold fluid B is characterized in that a heat transfer fluid is maintained in a substantially isobaric continuous circuit, forming a loop and comprising in series at at least two distinct heat exchange zones (I) and (II), capillary suction means on one of the circuits joining the exchanger (I) to the exchanger (11), said heat transfer fluid comprising at least two constituents capable of evaporating at least partly in a temperature range located at least partly below the temperature of the fluid A and of condensing
at least in part in a temperature range located at least in
part above the temperature of fluid B, at least two of these
constituents not forming an azeotrope therebetween, and in that
passes the fluid A into the exchange zone (I) and the fluid B into the exchange zone (II), each in heat exchange relation with said heat transfer fluid, said capillary suction means
allowing the liquid phase formed by condensation of
zone (II) zone (I).

Le présent procédé est illustré par les Figures 1 et 2.The present process is illustrated in Figures 1 and 2.

La Figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l'invention.Figure 1 illustrates a first embodiment of the invention.

La Figure 2 illustre l'application du procédé au contrôle de la ventilation de locaux d'habitation.Figure 2 illustrates the application of the process to the control of ventilation in residential premises.

Avec l'agencement selon l'invention, le fluide caloporteur liquide monte à travers les moyens d'aspiration capillaire (4), s'évapore au moins partiellement dans l'échangeur (I), redescend au moins en partie à l'état de vapeur par le conduit (1) et se condense dans l'échangeur (Il) pour être repris par les moyens d'aspiration capillaire.With the arrangement according to the invention, the liquid heat transfer fluid rises through the capillary suction means (4), evaporates at least partially in the exchanger (I), descends at least partially in the state of vapor through the conduit (1) and condenses in the exchanger (II) to be taken up by the capillary suction means.

Le fluide A et le fluide B circulent dans les échangeurs respectifs (I) et (II), de préférence globalement à contre-courant du fluide caloporteur contenu dans le circuit formant une boucle.The fluid A and the fluid B circulate in the respective exchangers (I) and (II), preferably overall against the current of the heat transfer fluid contained in the circuit forming a loop.

Par moyens d'aspiration capillaire, on entend tout moyen permettant de faire déplacer un liquide de bas en haut dans une conduite, sans exercer sur lui une pression d'origine externe. Ces moyens seront, par exemple, un ou plusieurs tubes capillaires (de faible diamètre) ou un ou plusieurs tubes remplis d'un matériau poreux. By capillary suction means means any means for moving a liquid from bottom to top in a pipe, without exerting on it a pressure of external origin. These means will be, for example, one or more capillary tubes (of small diameter) or one or more tubes filled with a porous material.

Une caractéristique essentielle du procédé de l'invention réside dans le fait qu'aucun dispositif mécanique n'est nécessaire, le
transfert du mélange entre les zones d'échange I et II s'effectuant
naturellement de lui-même, sans requérir d'énergie mécanique externe,
sous l'action des forces capillaires. Cette caractéristique permet
de réaliser facilement un circuit scellé sans risque de fuite du
mélange et d'éviter les problèmes d'entretien et de fiabilité liés à
la mise en oeuvre d'un compresseur ou d'une pompe.
An essential characteristic of the process of the invention lies in the fact that no mechanical device is necessary, the
transfer of the mixture between the exchange zones I and II taking place
naturally of itself, without requiring external mechanical energy,
under the action of capillary forces. This feature allows
easily build a sealed circuit without risk of leakage from the
mixing and avoid maintenance and reliability issues related to
the use of a compressor or a pump.

En d'autres termes, le procédé selon l'invention de transfert- de
chaleur d'un fluide relativement chaud A à un fluide relativement
froid B est caractérisé en ce que l'on maintient un fluide
caloporteur dans un circuit fermé comportant deux zones successives
distinctes d'échange de chaleur à gradient I et II reliées entre elles, d'un côté par au moins une conduite continue et de l'autre
par au moins une conduite capillaire ou renfermant une matière
poreuse continue, ledit circuit fermé ne renfermant pas de moyens mécaniques de mise en circulation de fluides, ledit fluide caloporteur comprenant au moins deux constituants distillables, ne formant pas d'azéotrope entre eux, le procédé comprenant les étapes
suivantes ::
(a) le mélange en phase liquide est vaporisé progressivement au moins partiellement avec élévation de la température du mélange par échange thermique de préférence globalement à contre-courant avec un premier fluide extérieur introduit à une température supérieure à celle de début de vaporisation dudit mélange et qui lui cède de la chaleur dans la première zone d'échange de chaleur I,
(b) la phase vapeur obtenue au cours de l'étape (a) est envoyée par
la conduite continue dans la deuxième zone d'échange de chaleur II
sans subir de compression ni de détente,
(c) le mélange en phase vapeur est condensé progressivement avec abaissement de la température du mélange par échange thermique de préférence globalement à contre-courant avec un second fluide extérieur introduit à une température inférieure à celle de début de condensation dudit mélange et qui reçoit de la chaleur dans la deuxième zone d'échange II, (d) la phase liquide obtenue au cours de l'étape (c) est mise en contact avec la matière poreuse, ce qui lui permet de retourner par capillarité à la première zone d'échange de chaleur sans subir de compression ni de détente, les étapes (b) et (d) étant réalisées sans échange substantiel de chaleur avec l'exterieur et le niveau moyen de la zone d'échange I etant plus élevé que le niveau ioyen de la zone d'échange II.
In other words, the method according to the invention for the transfer of
heat from a relatively hot fluid A to a relatively fluid
cold B is characterized in that a fluid is maintained
coolant in a closed circuit with two successive zones
separate gradient I and II heat exchange interconnected, on one side by at least one continuous pipe and on the other
by at least one capillary pipe or containing a material
continuous porous, said closed circuit not containing mechanical means for circulating fluids, said heat transfer fluid comprising at least two distillable constituents, not forming an azeotrope therebetween, the method comprising the steps
following:
(a) the mixture in the liquid phase is gradually vaporized at least partially with the temperature of the mixture being raised by heat exchange preferably generally against the current with a first external fluid introduced at a temperature higher than that of the start of vaporization of said mixture and which gives it heat in the first heat exchange zone I,
(b) the vapor phase obtained during step (a) is sent by
the pipe continues in the second heat exchange zone II
without undergoing compression or expansion,
(c) the vapor phase mixture is condensed progressively with lowering of the temperature of the mixture by heat exchange, preferably generally against the current, with a second external fluid introduced at a temperature lower than that at the start of condensation of said mixture and which receives the heat in the second exchange zone II, (d) the liquid phase obtained during step (c) is brought into contact with the porous material, which allows it to return by capillarity to the first zone of heat exchange without undergoing compression or expansion, steps (b) and (d) being carried out without substantial heat exchange with the outside and the average level of the exchange zone I being higher than the average level of exchange zone II.

Le procédé est schématisé en référence sur la figure 1. Le mélange non azéotropique, qui circule dans le circuit fermé représenté sur la Figure 1, arrive à l'état liquide, par capillarité, par le conduit 4 dans la zone d'échange I, dans laquelle il est mis enrelation d'échange thermique, par contact indirect globalement à contre-courant, avec un premier fluide extérieur qui arrive par le conduit 2 et repart par le conduit 3. Le mélange est vaporisé progressivement, au moins en partie, au cours de cette étape avec une élévation de température qui correspond au moins en partie à l'intervalle de vaporisation dudit mélange. De cette manière il est donc possible de faire évoluer la température du mélange selon une évolution de température parallèle à l'évolution de température du fluide extérieur qui se refroidit entre l'entrée et la sortie de la zone d'échange.Pour réaliser de telles conditions d'échange, il est souhaitable de sélectionner le mélange de manière à ce que l'intervalle de vaporisation soit aussi proche que possible de l'intervalle de variation de la température du fluide extérieur et il est avantageux de réaliser l'échange dans des conditions aussi proches que possible de l'échange à contre-courant. Lorsque l'échange thermique aura lieu avec de l'air ou avec un gaz, la batterie d'échange sera, de préférence, conçue pour permettre un mode d'échange mixte contre-courant/courants croisés.The process is shown diagrammatically with reference to FIG. 1. The non-azeotropic mixture, which circulates in the closed circuit shown in FIG. 1, arrives in the liquid state, by capillary action, through the conduit 4 in the exchange zone I, in which it is placed in heat exchange connection, by indirect contact generally against the current, with a first external fluid which arrives via line 2 and leaves via line 3. The mixture is gradually vaporized, at least in part, at during this stage with a rise in temperature which corresponds at least in part to the vaporization interval of said mixture. In this way it is therefore possible to change the temperature of the mixture according to a change in temperature parallel to the change in temperature of the external fluid which cools between the inlet and the outlet of the exchange zone. exchange conditions, it is desirable to select the mixture so that the vaporization interval is as close as possible to the interval of variation of the temperature of the external fluid and it is advantageous to carry out the exchange in conditions as close as possible to the exchange against the current. When the heat exchange takes place with air or with a gas, the exchange battery will preferably be designed to allow a mixed exchange mode against the current / cross currents.

La phase vapeur de mélange non-azéotropique obtenue s'évacue d'elle-même par le conduit à libre passage 1 dans la zone d'échange II dans laquelle le mélange non-azéotropique gazeux est mis en relation d'échange thermique par contact indirect, globalement à contre-courant, avec un deuxième fluide extérieur qui arrive par le conduit 5 et repart par le conduit 6. Le mélange est condensé progressivement au cours de cette étape avec un abaissement de température qui correspond au moins en partie à l'intervalle de condensation dudit mél-ange. L'ensemble du circuit est sensiblement isobare, les variations de pression étant seulement liées aux pertes de charge dues à la circulation du mélange.Dans ces conditions l'intervalle de condensation est le même que l'intervalle de vaporisation et, au cours de l'étape de condensation le mélange suit en sens inverse (abaissement au lieu d'élévation de température) une évolution sensiblement identique à l'éVolution de température suivie au cours de l'étape de vaporisation. Au cours de ladite étape de condensation, le mélange se refroidit tandis que le fluide extérieur se réchauffe. Il est également avantageux de réaliser cet échange dans des conditions aussi proches que possible de l'échange à contre-courant.The vapor phase of non-azeotropic mixture obtained is evacuated by itself through the free passage duct 1 in the exchange zone II in which the non-azeotropic gas mixture is brought into heat exchange relationship by indirect contact , generally against the current, with a second external fluid which arrives via line 5 and leaves via line 6. The mixture is condensed progressively during this stage with a lowering of temperature which corresponds at least in part to the interval of condensation of said mel-angel. The entire circuit is substantially isobaric, the pressure variations being only related to pressure losses due to the circulation of the mixture. Under these conditions the condensation interval is the same as the vaporization interval and, during the 'condensation step the mixture follows in opposite direction (lowering instead of raising the temperature) an evolution substantially identical to the temperature evolution followed during the vaporization step. During the said condensation step, the mixture cools while the external fluid heats up. It is also advantageous to carry out this exchange under conditions as close as possible to the exchange against the current.

La phase liquide obtenue remonte par capillarité dans la conduite 4 et retourne ainsi à la zone d'échange I, sans subir de compression ni de détente.The liquid phase obtained rises by capillary action in line 4 and thus returns to the exchange zone I, without undergoing compression or expansion.

Le mélange non-azéotropique utilisé doit comprendre au moins deux constituants ne formant pas d'azéotrope entre eux, caractérisé par des températures d'ébullition différentes d'au moins 15 C (sous la pression atmosphérique) et de préférence d'au moins 30 C, chacun desdits constituants étant présent dans une proportion d'au moins 5 % (par exemple 5% à 95 % et 95 % à 5 % dans le cas de deux constituants) en mole et de préférence d'au moins 10 % en mole.The non-azeotropic mixture used must comprise at least two constituents which do not form an azeotrope therebetween, characterized by boiling temperatures different from at least 15 C (under atmospheric pressure) and preferably at least 30 C , each of said constituents being present in a proportion of at least 5% (for example 5% to 95% and 95% to 5% in the case of two constituents) by mole and preferably at least 10% by mole.

Les mélanges utilisés peuvent être des mélanges de deux, trois (ou davantage) constituants (composés chimiques distincts). Les constituants du mélange peuvent être des hydrocarbures dont la molécule comprend un nombre d'atomes de carbone par exemple
de 3 à 8, tels que le propane, le butane normal, l'isobutane, '^ pentane normal, l'isopentane, le néopentane, l'hexane normal, l'isohexane, l'heptane normal, l'isoheptane, l'octane normal et
l'isooctane ainsi que des hydrocarbures aromatiques tels que le benzène et le toluène et des hydrocarbures cycliques tels que le cyclopentane et le cyclohexane.
The mixtures used can be mixtures of two, three (or more) constituents (separate chemical compounds). The constituents of the mixture can be hydrocarbons, the molecule of which comprises a number of carbon atoms, for example
from 3 to 8, such as propane, normal butane, isobutane, 'normal pentane, isopentane, neopentane, normal hexane, isohexane, normal heptane, isoheptane, normal octane and
isooctane as well as aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene and cyclic hydrocarbons such as cyclopentane and cyclohexane.

Le mélange utilisé peut être également un mélange de fluides halogénés du type "fréon" ; parmi ces fluides, on peut citer, le trifluorométhane CHF3 (R23), le chlorotrifluorométhane CClF3 (R13), le trifluorobrbmométhane CF3Br (R13B1), le chlorodifluorométhane
CHClF2 (R22), le chloropentafluoroéthane CClF2 -CF3 (R115), le dichlorodifluorométhane CCl2F2(R12), le difluoroéthane CH3CHF2 (R152a),le chlorodifluoroéthane CH3-CClF2 (R142b), le dichlorotétrafluoroéthane CClF2-CClF2 (R114), le dichlorofluorométhane CHC12F (R21), le trichlorofluorométhane CCI3F (R11), le trichiorotrifluoro- éthane CCl2FCClF2 (R113), le dichlorohexafiuoropropane (R216).
The mixture used can also be a mixture of halogenated fluids of the "freon"type; among these fluids, there may be mentioned, trifluoromethane CHF3 (R23), chlorotrifluoromethane CClF3 (R13), trifluorobrbmomethane CF3Br (R13B1), chlorodifluoromethane
CHClF2 (R22), chloropentafluoroethane CClF2 -CF3 (R115), dichlorodifluoromethane CCl2F2 (R12), difluoroethane CH3CHF2 (R152a), chlorodifluoroethane CH3-CClF2 (R142b), dichlorot2 R21), trichlorofluoromethane CCI3F (R11), trichiorotrifluoroethane CCl2FCClF2 (R113), dichlorohexafiuoropropane (R216).

L'un au moins des constituants du mélange pourra être un azéotrope de composés halogénocarbonés, ayant la propriété de se comporter comme un fluide pur ; parmi les principaux azéotropes utilisables, on peut citer - R500 : azéotrope de R12/R152a (73,8 %/ 26,2 % en poids) - R501 : azéotrope de R22/R12 (75 %/25 % en poids) - R502 : azéotrope de R22/R115 (48,8 %/51,2 % en poids - R503 : azéotrope de R23/R13 (40,1 %/59,9 % en poids) - R504 : azéotrope de R32/R115 (48,2 %/51,8 % en poids) - R505 : azéotrope de R12/R31 (78,0 %l22,0 % en poids) - R506 : azéotrope de R31/R114 (55, P44,9 % en poids)
D'autres types de mélanges sont des mélanges comprenant de l'eau et au moins un second constituant miscible avec l'eau tels que les mélanges formés d'eau et d'ammoniac, les mélanges formés d'eau et
d'une amine telle que la méthylamine ou l'éthylamine, les mélanges
formés d'eau et d'un alcool tel que le méthanol, les mélanges formés
d'eau et d'une cétone telle que l'acétone.
At least one of the constituents of the mixture could be an azeotrope of halocarbon compounds, having the property of behaving like a pure fluid; among the main azeotropes which can be used, there may be mentioned - R500: azeotrope of R12 / R152a (73.8% / 26.2% by weight) - R501: azeotrope of R22 / R12 (75% / 25% by weight) - R502: R22 / R115 azeotrope (48.8% / 51.2% by weight - R503: R23 / R13 azeotrope (40.1% / 59.9% by weight) - R504: R32 / R115 azeotrope (48.2 % / 51.8% by weight) - R505: azeotrope of R12 / R31 (78.0% l22.0% by weight) - R506: azeotrope of R31 / R114 (55, P44.9% by weight)
Other types of mixtures are mixtures comprising water and at least one second water-miscible constituent such as mixtures formed of water and ammonia, mixtures formed of water and
an amine such as methylamine or ethylamine, mixtures
formed of water and an alcohol such as methanol, the mixtures formed
water and a ketone such as acetone.

Dans le cas qui a été décrit en relation avec la Figure 1, la zone d'échange I à travers laquelle passe le fluide chaud se trouve audessus de la zone d'échange II à travers laquelle passe le fluide froid. Dans ces conditions, la phase liquide condensée à la sortie de la zone d'échange II est aspirée par capillarité vers la zone d'échange I. Un critère important de sélection du mélange nonazéotropique sera la tension superficielle de la phase liquide condensée dans la zone II. In the case which has been described in relation to FIG. 1, the exchange zone I through which the hot fluid passes is located above the exchange zone II through which the cold fluid passes. Under these conditions, the liquid phase condensed at the outlet of the exchange zone II is sucked by capillarity towards the exchange zone I. An important criterion for selecting the nonazeotropic mixture will be the surface tension of the liquid phase condensed in the zone II.

Pour faire remonter la phase liquide, le procédé selon l'invention consiste à remplir le conduit 4 avec un remplissage poreux
qui peut être réalisé, par exemple, au moyen d'un tissu métallique, de fibres de verre ou de poudres métalliques frittées ou non. Il est également possible de mettre en place un faisceau de tubes capillaires. Le diamètre des pores obtenus doit être d'autant plus petit que la hauteur à remonter est importante et se situer, par exemple, dans la gamme 0,01 à 0,2 mm.
To raise the liquid phase, the method according to the invention consists in filling the conduit 4 with a porous filling
which can be produced, for example, using a metallic fabric, glass fibers or sintered or unsintered metallic powders. It is also possible to install a bundle of capillary tubes. The diameter of the pores obtained must be smaller the higher the height to be wound up and be, for example, in the range 0.01 to 0.2 mm.

Le remplissage poreux doit se prolonger sur au moins une partie de la zone de vaporisation se produisant dans l'échangeur I, de manière à ce que la vaporisation du fluide à l'interface liquide-vapeur entraîne l'aspiration contine de la phase liquide par capillarité.The porous filling must extend over at least part of the vaporization zone occurring in the exchanger I, so that the vaporization of the fluid at the liquid-vapor interface causes the continuous suction of the liquid phase by capillarity.

Les deux exemples suivants décrivent la mise en oeuvre de l'invention dans des cas particuliers.The following two examples describe the implementation of the invention in specific cases.

EXEMPLE 1
Il représente l'application de la technique selon l'invention, dans le cas d'une habitation chauffée par l'air et équipée d'un système double-flux. L'habitation, équipée d'une ventilation mécanique contrôlée, a une surface habitable de 150 m2 ; le volume d'air renouvelé est d'environ 360 -m3/h. La boucle de transfert par aspiration capillaire est représentée sur la Figure 2.
EXAMPLE 1
It represents the application of the technique according to the invention, in the case of a house heated by air and equipped with a double-flow system. The house, equipped with controlled mechanical ventilation, has a living area of 150 m2; the volume of air renewed is approximately 360 -m3 / h. The capillary suction transfer loop is shown in Figure 2.

Un extracteur d'air (EXA) placé sous le toit, par exemple, prélève l'air de la maison à 200 C ; celui-ci est refroidi jusqu'à une température de 80 C dans l'évaporateur (El) de la boucle de transfert (BT). La puissance Frélevée dans (E1) est 1,56 kW ; en général, un dispositif d'évacuation des condensats résultant du refroidissement de l'air extrait est prévu. L'air neuf arrive, dans la partie basse de la boucle, sur la batterie (E2) alimentée par un ventilateur hélicoide (VH) ; le débit d'air frais identique au débit d'air extrait est injecté par une gaine dans la partie inférieure de l'habitation.An air extractor (EXA) placed under the roof, for example, draws air from the house at 200 C; it is cooled to a temperature of 80 C in the evaporator (El) of the transfer loop (BT). The Frequent power in (E1) is 1.56 kW; in general, a device for discharging the condensates resulting from the cooling of the extracted air is provided. The fresh air arrives, in the lower part of the loop, on the battery (E2) supplied by a helical fan (VH); the fresh air flow identical to the extracted air flow is injected through a duct in the lower part of the house.

A titre d'exemple, l'air neuf est réchauffé, à travers (E2) de 0 C jusqu'à 120 C ; l'agent caloporteur est un mélange de difluorochlométhane (R22) et de dichlorotétrafluorométhane (R114), de fractions molaires 0,80 et 0,20. Le mélange est sélectionné pour se vaporiser et se condenser selon un profil de températures de 120 C environ ; en première approximation, la vaporisation du mélange dans (El) et sa condensation dans (E2) sont supposées totales ; les plages de vaporisation et de condensation varient entre 40 C et 160 C, alors que la pression moyenne du système est voisine de 5 bars.For example, the fresh air is heated through (E2) from 0 C to 120 C; the heat transfer agent is a mixture of difluorochlomethane (R22) and dichlorotetrafluoromethane (R114), with molar fractions 0.80 and 0.20. The mixture is selected to vaporize and condense according to a temperature profile of around 120 C; as a first approximation, the vaporization of the mixture in (E1) and its condensation in (E2) are assumed to be total; the vaporization and condensation ranges vary between 40 C and 160 C, while the average system pressure is close to 5 bars.

L'application décrite met en oeuvre, en pratique, deux batteries constituées de plusieurs nappes de tubes ailetés permettant un échange de chaleur mixte contre-courant/courants croisés correspondant globalement à un contre-courant. Les pertes de charge principales de l'installation sont localisées dans l'évaporateur (E1) et le condenseur (E2) ; la chute de pression de la phase vapeur le long du tube de liaison (T1) peut être rendue faible, par un dimensionnement adéquat ; les matériaux capillaires du tube (T2) (et particulièrement, le diamètre des pores) seront choisis pour assurer une pression capillaire suffisante. Pratiquement, celle-ci sera comprise entre 1 kPa et 50 kPa, par exemple.The application described implements, in practice, two batteries made up of several layers of finned tubes allowing a mixed heat exchange against the current / crossed currents corresponding overall to a counter current. The main pressure losses of the installation are located in the evaporator (E1) and the condenser (E2); the pressure drop of the vapor phase along the connecting tube (T1) can be made low, by an adequate dimensioning; the capillary materials of the tube (T2) (and in particular, the diameter of the pores) will be chosen to ensure sufficient capillary pressure. In practice, this will be between 1 kPa and 50 kPa, for example.

La pression moyenne de fonctionnement sera supérieure à la pression atmosphérique et inférieure à 30 bars, de préférence comprise entre 1 et 15 bars. The average operating pressure will be greater than atmospheric pressure and less than 30 bars, preferably between 1 and 15 bars.

EXEMPLE 2
La technique proposée par l'invention peut également trouver des applications industrielles, chaque fois qu'un transfert thermique direct entre des effluents ou des rejets thermiques et le fluide à réchauffer n'est pas possible.
EXAMPLE 2
The technique proposed by the invention can also find industrial applications, whenever a direct thermal transfer between effluents or thermal discharges and the fluid to be heated is not possible.

On considère, par exemple, le cas d'une récupération thermique sur les fumées d'un four ; celles-ci sont refroidies de 3000 C à 200 C, dans la partie supérieure de la boucle d'échange, décrite précédemment dans son principe ; dans la partie inférieure de la boucle, l'air neuf nécessaire à la combustion ou à la réaction est préchauffé, par exemple, de 500 C jusqu'à 150" C.Consider, for example, the case of heat recovery from the smoke from an oven; these are cooled from 3000 C to 200 C, in the upper part of the exchange loop, previously described in principle; in the lower part of the loop, the fresh air necessary for combustion or for the reaction is preheated, for example, from 500 C to 150 "C.

On utilise, à titre d'exemple, en tant qu'agent caloporteur, un fluide mixte composé de propane et de para-xylène, dont la composition molaire en propane est 0,75 ; le mélange précédent a une température en fin d'évaporation de 2250 C et une température en fin de condensation de 1250 C ; son intervalle de température en vaporisation ou en condensation égal à 1000 C est donc identique à la variation de température de chacun des fluides extérieurs.By way of example, as a heat transfer agent, a mixed fluid composed of propane and para-xylene is used, the molar composition of propane of which is 0.75; the above mixture has a temperature at the end of evaporation of 2250 C and a temperature at the end of condensation of 1250 C; its temperature range in vaporization or condensation equal to 1000 C is therefore identical to the temperature variation of each of the external fluids.

La perte de charge totale dans les zones d'échange sera comprise, par exemple, entre 10 et 30 kPa et sera compensée par la force capillaire. Plus généralement, pour une application du type précédent, on pourra substituer au propane, l'isobutane, le butane ou le pentane ; le deuxième constituant du mélange pourra être un aromatique type benzène, toluène, xylène (ortho, méta ou para) ou alkylbenzène ; on peut également envisager une combinaison ternaire des composés précédents. The total pressure drop in the exchange zones will be, for example, between 10 and 30 kPa and will be compensated by the capillary force. More generally, for an application of the above type, it is possible to replace propane, isobutane, butane or pentane; the second constituent of the mixture may be an aromatic type benzene, toluene, xylene (ortho, meta or para) or alkylbenzene; one can also envisage a ternary combination of the preceding compounds.

Claims (9)

REVENDICATIONS ledit fluide caloporteur comprenant au moins deux constituants capables de s'évaporer au moins en partie dans un domaine de température situé au moins en partie au dessous de la température du fluide A et de se condenser au moins en partie dans un domaine de température situe au moins en partie au-dessus de la température du fluide B, deux au moins de ces constituants ne formant pas d'azéotrope entre eux, et en ce qu'on fait passer le fluide A dans la zone d'échange I et le fluide B dans la zone d'échange II, chacun en relation d'echange thermique avec ledit fluide caloporteur, lesdits moyens d'aspiration capillaire permettant de faire passer la phase liquide formée par condensation de la zone (iI) à la zone (I). said heat transfer fluid comprising at least two constituents capable of evaporating at least partly in a temperature range located at least partly below the temperature of the fluid A and of condensing at least partly in a temperature range located at at least partly above the temperature of the fluid B, at least two of these constituents not forming an azeotrope therebetween, and in that the fluid A is passed through the exchange zone I and the fluid B in the exchange zone II, each in heat exchange relation with said heat transfer fluid, said capillary suction means making it possible to pass the liquid phase formed by condensation from zone (iI) to zone (I). (I) à l'échangeur (II), des moyens d'aspiration capillaire, (I) at the exchanger (II), capillary suction means, dans un circuit continu sensiblement isobare, formant une boucle et comportant en série au moins deux zones distinctes d'echange de chaleur (I) et (II) et, sur l'un des circuits joignant l'échangeur in a substantially isobaric continuous circuit, forming a loop and comprising in series at least two distinct heat exchange zones (I) and (II) and, on one of the circuits joining the exchanger 1- Procédé d'échange thermique entre un fluide chaud et un fluide froid, caractérisé en ce que l'on maintient un fluide caloporteur 1- Heat exchange process between a hot fluid and a cold fluid, characterized in that a heat transfer fluid is maintained 2- Procédé selon la revendication 1, dans lequel on fait circuler le 2- A method according to claim 1, in which the fluide A et le fluide B, chacun dans sa zone respective d'échange de fluid A and fluid B, each in its respective zone of exchange of chaleur, globalement à contre-courant du fluide caloporteur. heat, generally against the flow of the heat transfer fluid. 3- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens 3- A method according to claim 1 or 2, wherein the means d'aspiration capillaire sont constitués d'un matériau poreux capillary suction tubes are made of porous material comprenant des pores d'un diamètre de 0,01 à 0,2 mm. comprising pores with a diameter of 0.01 to 0.2 mm. 4- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans 4- A method according to any one of claims 1 to 3, in lequel les moyens d'aspiration capillaire se prolongent sur au moins which the capillary suction means extend over at least une partie de l'échangeur (I), de manière que la vaporisation du part of the exchanger (I), so that the vaporization of the fluide caloporteur entrain l'aspiration continue de la phase heat transfer fluid causes continuous suction of the phase liquide par capillarité. liquid by capillarity. 5- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans 5- A method according to any one of claims 1 to 4, in lequel les constituants du fluide caloporteur sont des hydrocarbures which the constituents of the heat transfer fluid are hydrocarbons halogénés.  halogenated. 6- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les constituants du fluide caloporteur sont des hydrocarbures.6- A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the constituents of the heat transfer fluid are hydrocarbons. 7- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les constituants du fluide caloporteur sont l'eau et l'ammoniac. 7- A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the constituents of the heat transfer fluid are water and ammonia. 8- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le fluide caloporteur est constitué de deux composés chimiques distincts de points d'ébullition différant d'au moins 150 C à la pression de travail, les proportions molaires des deux constituants étant respectivement de 5 à 95 % et de 95 % à 5 %.8- A method according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat transfer fluid consists of two separate chemical compounds with boiling points differing by at least 150 C at the working pressure, the molar proportions of the two constituents being 5 to 95% and 95% to 5% respectively. 9- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la pression, dans le circuit formant une boucle, est comprise entre 1 et 15 bars. 9- A method according to any one of claims 1 to 8, wherein the pressure, in the circuit forming a loop, is between 1 and 15 bars.
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