CA1110459A

CA1110459A - Heat tansfer apparatus with heat carrying fluid

Info

Publication number: CA1110459A
Application number: CA297,540A
Authority: CA
Inventors: Primo Tamburini
Original assignee: Organisation Europeenne de Recherches Spatiales
Current assignee: Organisation Europeenne de Recherches Spatiales
Priority date: 1977-02-23
Filing date: 1978-02-22
Publication date: 1981-10-13
Also published as: DE2806632A1; FR2381991B1; JPS6039958B2; GB1558551A; FR2381991A1; JPS53130555A

Abstract

Installation de transfert de chaleur à fluide caloporteur comportant un évaporateur pour produire le fluide caloporteur à partir d'un liquide, un condenseur connecté à la sortie de l'évaporateur pour recondenser le fluide caloporteur en liquide et un circuit de retour de liquide reliant la sortie du condenseur à l'entrée de l'évaporateur. Cette installation est caractérisée en ce que le circuit de retour de liquide comprend une pompe à pression comprenant un réservoir pour le liquide ce réservoir ayant une entrée et une sortie, une première soupape connectée entre la sortie du condenseur et l'entrée du réservoir afin d'admettre du liquide du condenseur dans le réservoir lorsque la pression dans le condenseur est supérieure à la pression du liquide dans le réservoir, et une seconde soupape connectée entre la sortie du réservoir et l'entrée de l'évaporateur afin d'admettre du liquide du réservoir dans l'évaporateur lorsque la pression dans l'évaporateur est inférieure à la pression du liquide dans le réservoir.Heat transfer fluid transfer installation comprising an evaporator to produce the heat transfer fluid from a liquid, a condenser connected to the outlet of the evaporator to recondense the heat transfer fluid into liquid and a liquid return circuit connecting the outlet from the condenser to the inlet of the evaporator. This installation is characterized in that the liquid return circuit comprises a pressure pump comprising a tank for the liquid, this tank having an inlet and an outlet, a first valve connected between the outlet of the condenser and the inlet of the tank in order to '' admit liquid from the condenser into the tank when the pressure in the condenser is higher than the pressure of the liquid in the tank, and a second valve connected between the outlet of the tank and the inlet of the evaporator in order to admit liquid of the tank in the evaporator when the pressure in the evaporator is lower than the pressure of the liquid in the tank.

Description

La presente invention se rapporte à une installation de transfert de chaleur à fluide caloporteur.
Une des meillèurs fac,ons de transférer de la,chaleur consiste à faire circuler un fluide caloporteur produit par évaporation d'un liquide dans un évaporateur et à recondenser ce fluide dans un condenseur situé au point d'utilisation de la chaleur. Pour faire circuler ce fluide caloporteur il faut renvoyer le liquide reformé dans le condenseur vers l'évapora-teur. ~orsque le condenseur est situé à un niveau plus élévé
que l'évaporateur, le retour du liquide peut se faire par gravité. Lorsque ce n'est pas le cas, il est nécessaire de prévoir une pompe de retour ou un dispositif à mèche dans lequel le liquide est aspiré par capillarité.
L'emploi d'une pompe mécanique rend l'installation complexe et relativement peu sûre. Lorsqu'un dispositif à
mèche est utilisé, l'installation n'offre qu'un rendement thermique relativement faible par sui~ de la faiblesse des forces de capillarité et par suite de-la sensibilité de celles-ci aux accélérations.
L'invention a pour objet une installation à fluide -caloporteur ayant une grande sûreté et un rendement thermique élevé.
Selon la presente invention, il est prévu une -installation de transfert de chaleur à fluide caloporteur comportant un évaporateur pour produire le fluide caloporteur à partir d'un liquide, un condenseur connecté à la sortie de l'évaporateur pour recondenser le fluide caloporteur en liquide et un circuit de retour de liquide reliant la sortie du con-denseur à l'entrée de l'évaporateur, caractérisée en ce que le circuit de retour de liquide comprend une pompe à pression comprenant, un réservoir pour le liquide, ce réservoir ayant une entrée et une sortie; une première soupape connectée entre s la sortie du condenseur et l'entrée du réservoir afin d'admettre du liquide du condenseur dans le réservoir lorsque la pression dans le condenseur est supérieure à la pression du liquide - dans le réservoir, et une seconde soupape connectée entre la sortie du réservoir et l'entrée de l'evaporateur afin d'admettre du liquide du réservoir d-ans l'évaporateur lorsque la pression dans l'évaporateur est inférieure à la pression du liquide dans le réservoir. -~
Deux modes de réalisation d'une installation suivant l'invention vont être décrits à titre d'exemple avec référence aux dessins joints sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un premier exemple de mode de réalisation suivant l'invention ;
- la figure 2 représente schématiquement un deuxième exemple de mode de réalisation.
L'installation de transfert de chaleur représentée schématiquement à la figure 1 comprend un évaporateur 1 situé
- au point chaud de l'installation et un condenseur 2 situé
en un point froid, cet évaporateur 1 et ce condenseur 2 étant reliés entre eux par une conduite de fluide caloporteur 3.
L'évaporateur 1 contient un liquide 4 qul, sous l'action de la chaleur dont l'apport est symbolisé par la flèche Cl, produit de la vapeur 5 qui constitue le fluide caloporteur.
Celui-si circule dans la conduite 3 qui débouche dans le condenseur 2 où la vapeur se trouve recondensée en libérant la chaleur latente qui se trouvait absorbée dans la vapeur.
La chaleur libérée est symbolisée par la flèche C2. Le liquide reformé dans le condenseur 2 doit être renvoyé à l'évaporateur par une conduite de retour 6 pour assurer un fonctionnement . _ ~
continu du système.

Suivant l'invention, la conduite de retour 6 comportç
deux soupapes 7 et 8 entres lesquelles est connecté un réservoir lQ4S9 .
Supposant initialement que la quantité de vapeur produite par unité de.temps est égale à la quantité de vapeur , condensée pendant cette meme unité de temps, la production nette de vapeur est nulle et la pression reste constante dans.
, _ _ ,, , , . . ,, , . _ _ _ . ... _ , _ _ , . . . _ _ , . . _ ., `' l~lV1459 l'installation. A partir de ce moment, la quantité de liquide tend à augmenter dans le condenseur 2 et à diminuer dans l'évaporateur 1. Dans le condenseur 2, la quantité croissante :
de liquide réduit l'étendue de la surface de condensation, ce qui a pour effet de réduire la quantité de vapeur qui se condense.
Dans l'évaporateur 1 la production de vapeur peut a) rester la même, b) augmenter, c) diminuer en une quantité moindre que la réduction de condensation dans le condenseur 2, d) diminuer en une quantité plus importante que la réduction de condensation dans le condenseur.
Dans les trois premiers cas, la production nette de vapeur tend à augmenter, de sorte que la pression dans l'installation augmente par rapport à la pression du liquide dans le réservoir 9. En conséquence, la soupape 7 s'ouvre et le liquide est pompé du condenseur 2 vers le réservoir 9.
Dans le quatrième cas, la production nette de vapeur tend à diminuer ainsi que la pression par rapport à la pression du liquide dans le réservoir 9. En consequence, la soupape 8 s'ouvre et le liquide est pompé du réservoir 9 vers l'évapora- :
teur 1.
L'installation décrite ~onctionne en manière telle que la production nette de vapeur est maintenue pratiquement nulle~ Dès qu'une différence se produit entre la quantité de vapeur produite et la quantité de vapeur condenséej la varia-tion de pression qui se crée rétablit l'équilibre.
Le réservoir 9 et les conduites 3 et 6 sont isolées thermiquement afin que les échanges thermiques se produisent uniquement dans l'échangeur 1 et dans~le condenseur 2.
Le réservoir 9 peut 8tre placé en un endroit quelconque de l'installation : en un endroit isolé comme représenté à la . .

figure 1, dans l'évaporateur 1 ou dans le condenseur 2, ou ;~
encore dans la conduite de vapeur comme montré à la figure 2.
Sur cette figure on a repris les mêmes références numériques que sur la figure 1. La conduite de liquide 6 est situee à ~:
l'intérieur de la conduite de vapeur 3. Elle comprend un premier tronçon 6a qui s'étend depuis l'extrémité 2 de la conduite de vapeur 3 aménagée d'une manière connue en soi pour former condenseur, jusqu'à l'intérieur du reservoir 9 également contenu à l'intérieur de la conduite 3, et un second tronçon 6b qui s'étend depuis le réservoir 9 jusqu'à l'extrémité 1 de la conduite 3, aménagée pour former évaporateur. La partie de la conduite 3 comprise entre l'évaporateur et le condenseur est isolée thermiquement pour constituer une section adiabati-4ue.

:~ .

. The present invention relates to an installation heat transfer medium.
One of the best ways to transfer heat consists in circulating a heat transfer fluid produced by evaporation of a liquid in an evaporator and to recondense this fluid in a condenser located at the point of use of the heat. To circulate this heat transfer fluid it is necessary return the reformed liquid in the condenser to the evaporator tor. ~ when the condenser is located at a higher level than the evaporator, the return of the liquid can be done by gravity. When this is not the case, it is necessary to provide a return pump or wick device in which the liquid is sucked by capillarity.
The use of a mechanical pump makes the installation complex and relatively insecure. When a device wick is used, the installation offers only a yield relatively low thermal due to weak weakness capillary forces and as a result of the sensitivity of these Ci to accelerations.
The subject of the invention is a fluid installation -heat transfer medium with high safety and thermal efficiency Student.
According to the present invention, there is provided a -heat transfer fluid installation having an evaporator for producing the heat transfer fluid from a liquid, a condenser connected to the outlet of the evaporator to recondense the heat transfer fluid into liquid and a liquid return circuit connecting the outlet of the density at the inlet of the evaporator, characterized in that the liquid return circuit includes a pressure pump comprising a reservoir for the liquid, this reservoir having an inlet and an outlet; a first valve connected between s the condenser outlet and the tank inlet to admit of the condenser liquid in the tank when the pressure in the condenser is higher than the pressure of the liquid - in the tank, and a second valve connected between the tank outlet and evaporator inlet in order to admit tank liquid in the evaporator when the pressure in the evaporator is less than the pressure of the liquid in the tank. - ~
Two embodiments of a following installation the invention will be described by way of example with reference to the attached drawings in which:
- Figure 1 schematically shows a first example of an embodiment according to the invention;
- Figure 2 shows schematically a second example of embodiment.
The heat transfer system shown schematically in Figure 1 includes an evaporator 1 located - at the hot spot of the installation and a condenser 2 located at a cold point, this evaporator 1 and this condenser 2 being interconnected by a heat transfer fluid line 3.
The evaporator 1 contains a liquid 4 qul, under the action of the heat whose contribution is symbolized by the arrow Cl, produces steam 5 which constitutes the heat transfer fluid.
This if flows in line 3 which leads into the condenser 2 where the vapor is recondensed by releasing the latent heat which was absorbed in the vapor.
The heat released is symbolized by the arrow C2. The liquid reformed in condenser 2 must be returned to the evaporator by a return line 6 to ensure operation . _ ~
continuous system.

According to the invention, the return line 6 comprises two valves 7 and 8 between which is connected a tank lQ4S9 .
Assuming initially that the amount of steam produced per unit of time is equal to the amount of steam , condensed during this same unit of time, the production net of steam is zero and the pressure remains constant in.
, _ _ ,,,,. . ,,,. _ _ _. ... _, _ _,. . . _ _,. . _., `` l ~ lV1459 the installation. From this moment, the amount of liquid tends to increase in condenser 2 and to decrease in the evaporator 1. In the condenser 2, the increasing quantity:
of liquid reduces the extent of the condensation surface, this which has the effect of reducing the amount of vapor that condenses.
In evaporator 1 the production of steam can a) stay the same, b) increase, c) decrease by less than the reduction of condensation in condenser 2, d) decrease by a greater amount than the reduction of condensation in the condenser.
In the first three cases, the net production of vapor tends to increase, so the pressure in the installation increases in relation to the liquid pressure in the tank 9. Consequently, the valve 7 opens and the liquid is pumped from the condenser 2 to the tank 9.
In the fourth case, the net steam production tends to decrease as well as pressure versus pressure liquid in the reservoir 9. Consequently, the valve 8 opens and the liquid is pumped from the reservoir 9 to the evaporator:
1.
The installation described ~ operates in such a way that the net production of steam is practically maintained null ~ As soon as a difference occurs between the quantity of vapor produced and the amount of condensed vapor The pressure that is created restores balance.
The tank 9 and the lines 3 and 6 are insulated thermally so that heat exchanges occur only in exchanger 1 and in ~ condenser 2.
The tank 9 can be placed anywhere of the installation: in an isolated location as shown in the . .

Figure 1, in the evaporator 1 or in the condenser 2, or; ~
still in the steam line as shown in figure 2.
In this figure we have used the same reference numbers as in FIG. 1. The liquid line 6 is located at ~:
inside the steam line 3. It includes a first section 6a which extends from the end 2 of the steam line 3 arranged in a manner known per se for to form a condenser, as far as inside the tank 9 contained inside the pipe 3, and a second section 6b which extends from the reservoir 9 to the end 1 line 3, arranged to form an evaporator. The part of line 3 between the evaporator and the condenser is thermally insulated to form an adiabatic section 4ue.

: ~.

.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit: The embodiments of the invention, about which an exclusive right of property or privilege is claimed, are defined as follows:

1. Installation de transfert de chaleur à fluide caloporteur comportant un évaporateur pour produire le fluide caloporteur à partir d'un liquide, un condenseur connecté à
la sortie de l'évaporateur pour recondenser le fluide calo-porteur en liquide et un circuit de retour de liquide reliant la sortie du condenseur à l'entrée de l'évaporateur, caractéri-sée en ce que le circuit de retour de liquide comprend une pompe à pression comprenant - un réservoir pour le liquide, ce réservoir ayant une entrée et une sortie, - une première soupape connectée entre la sortie du condenseur et l'entrée du réservoir afin d'admettre du liquide du condenseur dans le réservoir lorsque la pression dans le condenseur est supérieure à la pression du liquide dans le reservoir, et - une seconde soupape connectée entre la sortie du réservoir et l'entrée de l'évaporateur afin d'admettre du liquide du réservoir dans l'évaporateur lorsque la pression dans l'évaporateur est inférieure à la pression du liquide dans le réservoir. 1. Fluid heat transfer installation coolant with an evaporator to produce the fluid coolant from a liquid, a condenser connected to the evaporator outlet to recondense the coolant liquid carrier and a liquid return circuit connecting the condenser outlet at the evaporator inlet, characteristic in that the liquid return circuit includes a pressure pump including - a reservoir for the liquid, this reservoir having an inlet and an exit, - a first valve connected between the condenser outlet and the tank inlet in order to admit liquid from the condenser in the tank when the pressure in the condenser is higher than the pressure of the liquid in the reservoir, and - a second valve connected between the tank outlet and the evaporator inlet in order to admit liquid from the tank in the evaporator when the pressure in the evaporator is lower than the pressure of the liquid in The reservoir.

2. Installation suivant la revendication 1, caracté-risée en ce que le réservoir est contenu dans l'évaporateur. 2. Installation according to claim 1, character-risée in that the tank is contained in the evaporator.

3. Installation suivant la revendication 1, caracté-risée en ce que le réservoir est contenu dans le condenseur. 3. Installation according to claim 1, character-risée in that the tank is contained in the condenser.

4. Installation suivant la revendication 1, caracté-risée en ce que le réservoir est contenu à l'intérieur de la conduite de fluide caloporteur. 4. Installation according to claim 1, character-laughed at in that the tank is contained inside the heat transfer fluid line.