FR2687464A1 - Heat pipes with azeotropic mixture of fluids - Google Patents
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Abstract
Description
L invention a pour objet une installation de récupération de chaleur au moyen d'un caloduc à circuits superposés, utilisant un mélange de fluide zéotropique. The subject of the invention is a heat recovery installation by means of a heat pipe with superimposed circuits, using a mixture of zeotropic fluid.
On connaît déjà des installations de caloducs utilisant des circuits superposés tel par exemple celles utilisant des tubes horizontaux lisses reliés entre eux par des coudes comme décrit dans le brevet portugais 92109, et les brevets français 9012975 et 9200281 de
Mr Jacques BERNIER. Ils utilisent tous un fluide pur.Heat pipe installations are already known using superimposed circuits such as for example those using smooth horizontal tubes connected together by elbows as described in Portuguese patent 92109, and French patents 9012975 and 9200281 of
Mr Jacques BERNIER. They all use pure fluid.
L' intérêt de ce type d'installation réside dans le fait que les ailettes serties sur les tubes sont verticales, permettant ainsi mXe bonne évacuation de l'eau condensée lors du refroidissement de l'air circulant en partie basse du caloduc. The advantage of this type of installation lies in the fact that the fins crimped onto the tubes are vertical, thus allowing good evacuation of the condensed water during the cooling of the air circulating in the lower part of the heat pipe.
Un autre intérêt réside également dans le fait que l'étanchéité entre les deu > - flux gazeux peut être parfaite car seuls les collecteurs verticaux reliant chaque nappes entre elles traversent la plaque de séparation des flux ou ils sont brasés. Another advantage also lies in the fact that the seal between the two gas streams can be perfect because only the vertical collectors connecting each sheet between them pass through the flow separation plate where they are brazed.
Ce mode de réalisation présente néanmoins les inconvénients suivants:
- Un remplissage en fluide frigorigène par nappe de tubes.This embodiment nevertheless has the following drawbacks:
- A filling of refrigerant with a layer of tubes.
- Le positionnement du caloduc doit être proche de l'horizontale. - The positioning of the heat pipe must be close to the horizontal.
- Une vanne de régulation par nappe de tubes. - A regulation valve by tube ply.
On connaît également des caloducs gravitaires utilisant des tubes verticaux lisses intérieurement et reliés extérieurement entre eux par des coudes ou par des collecteurs comme décrit dans le brevet français 7503133 de Mr Jacques BERNIER. Gravity heat pipes are also known using vertical tubes which are smooth internally and externally connected to one another by elbows or by manifolds as described in French patent 7503133 by Mr Jacques BERNIER.
Ce mode de réalisation présente néanmoins les inconvénients suivants:
- Etanchéité difficile à réaliser entre les deux flux d air car tous les tubes du caloduc traversent la plaque séparatrice.This embodiment nevertheless has the following drawbacks:
- Sealing difficult to achieve between the two air flows because all the heat pipe tubes pass through the separating plate.
- Rendement d'échange limité par la circulation à contre courant dans un même tube du gaz et du liquide de travail. - Exchange efficiency limited by the circulation against the current in the same tube of gas and working liquid.
C'est d'une manière générale, un but de l'invention de fournir une installation qui ne présente pas les inconvénients rappelés ci-dessus, des installations connues. It is generally an object of the invention to provide an installation which does not have the drawbacks mentioned above, known installations.
C'est en particulier un but de l'invention de fournir une installation dont le transfert de chaleur du flux gazeux chaud inférieur vers le flux gazeux supérieur à chauffer s'effectue au moyen d'un dispositif à caloduc superposé permettant la circulation des fluides de travail à contre courant à l'intérieur des tubes des différentes nappes, ce qui est rendu possible par le fait que les températures d'ébullition et de condensation ne sont pas eonstantes. It is in particular an object of the invention to provide an installation in which the transfer of heat from the lower hot gas flow to the upper gas flow to be heated is effected by means of a superimposed heat pipe device allowing the circulation of the fluids. work against the current inside the tubes of the different layers, which is made possible by the fact that the boiling and condensation temperatures are not constant.
C'est aussi un but de l'invention de fournir une installation à calcduc superposé comportant une structure interne dans chaque tube destinée à améliorer les échanges thermiques. It is also an object of the invention to provide a superimposed calcude duct installation comprising an internal structure in each tube intended to improve the heat exchanges.
Selon l'invention, les dits moyens comprennent deux échangeurs thermiques superposés, l'un étant balayé en partie inférieure par un flux gazeux chaud dont on souhaite récupérer la chaleur, 1 'autre étant balayé en partie supérieure, à contre-courant, par le flux gazeux à réchauffer; les deux échangeurs étant reliés entre eux par des collecteurs placés à l'entrée et à la sortie de chaque échangeur. According to the invention, said means comprise two superimposed heat exchangers, one being swept in the lower part by a hot gas flow from which it is desired to recover the heat, the other being swept in the upper part, against the current, by the gas flow to be heated; the two exchangers being interconnected by collectors placed at the entrance and at the exit of each exchanger.
Le ou les circuits formés sont remplis d'un mélange non azéotropique de fluides frigorigènes permettant , à pression constante, d'avoir une température variable d'ébullition puis de condensation. The circuit or circuits formed are filled with a non-azeotropic mixture of refrigerants allowing, at constant pressure, to have a variable temperature of boiling and then of condensation.
L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lequel:
- La figure 1 est un schéna d'une installation selon l'invention.The invention will be better understood from the following description, given by way of example and with reference to the appended drawings in which:
- Figure 1 is a diagram of an installation according to the invention.
- La figure 2 représente des courbes d'évolution des températures des flux d'air et du mélange de fluide de travail. - Figure 2 shows the evolution curves of the temperatures of the air flows and of the working fluid mixture.
- La figure 3 est une variante de la figure 1, avec un orifice de remolissage unique pour l'ensemble du système. - Figure 3 is a variant of Figure 1, with a single rewetting orifice for the entire system.
- La figure 4 est une variante de la figure 3 mais avec seulement deux collecteurs de liaison entre les deux échangeurs. - Figure 4 is a variant of Figure 3 but with only two connecting manifolds between the two exchangers.
- La figure 5 est une variante de la figure 4 avec un distributeur de liquide et une vanne de régulation, ou une pompe de transfert. - Figure 5 is a variant of Figure 4 with a liquid distributor and a control valve, or a transfer pump.
- La figure 6 est une variante comportant un dispositif de variation du transfert de chaleur constitué d'une bouteille chauffée ou refroidie. - Figure 6 is a variant comprising a device for varying the heat transfer consisting of a heated or cooled bottle.
- La figure 7 représente le principe be circuitage des tubes des deux échangeurs superposés. - Figure 7 shows the principle be circuiting of the tubes of the two superposed exchangers.
- Les figures 8 et 9 représentent, vue dans les deux sens, une variante de l'invention avec une conception à tubes verticaux. - Figures 8 and 9 show, viewed in both directions, a variant of the invention with a design with vertical tubes.
Une installation de caloduc selon l'invention, figure 1, comprend deux échangeurs superposés 2 et 3, constitués d'une série de tubes horizontaux ailettés formant un ou plusieurs circuits fermés (trois sur l'exemple de la figure l). L'échangeur inférieur 3 est parcouru par un flux d'air chaud entrant en C.E et sortant refroidi en C.S, alors que l'échangeur supérieur 2 est parcouru par un flux d'air froid entrant en F. E et sortant réchauffé en F.S. L'échangeur 2 est un condenseur constitué de x nappes de tubes 4 indices a,b,c,d,e,f..x, reliés entre eux par des coudes pour former des couches de nappes horizontales nl,n2,n3..., l'échangeur 3 est un évaporateur constitué de y nappes de tubes 5 indices y. .. ,f,e,d,c,b,a, reliés entre eux par des coudes pour former des couches de nappes horizontales ...,m3,m2,m1. Chaque circuit condenseur est relié au circuit évaporateur de même indice par un collecteur de liquide 6, et par un collecteur de gaz 7 également de mêmes indices. Chaque circuit comporte un orifice de remplissage 8 indice 1,2,3... destiné au tirage au vide du circuit et au remplissage en mélange de fluide de travail. A heat pipe installation according to the invention, FIG. 1, comprises two superimposed exchangers 2 and 3, made up of a series of finned horizontal tubes forming one or more closed circuits (three in the example of FIG. 1). The lower exchanger 3 is traversed by a flow of hot air entering in CE and leaving cooled in CS, while the upper exchanger 2 is traversed by a flow of cold air entering in F. E and leaving heated in FS L exchanger 2 is a condenser made up of x plies of tubes 4 indices a, b, c, d, e, f..x, interconnected by elbows to form layers of horizontal plies nl, n2, n3 ... , the exchanger 3 is an evaporator consisting of y layers of tubes 5 indices y. .., f, e, d, c, b, a, connected together by elbows to form layers of horizontal sheets ..., m3, m2, m1. Each condenser circuit is connected to the evaporator circuit of the same index by a liquid collector 6, and by a gas collector 7 also with the same indices. Each circuit has a filling opening 8 index 1,2,3 ... intended for the vacuuming of the circuit and for filling with working fluid mixture.
Reportons nous à la figure 7 et à la figure 2 pour comprendre le fonctionnement du système. Le mélange non azéotropique de fluide frigorigène pénètre liquide dans l'échangeur inférieur par le collecteur o2 à la température Tl, le liquide le plus volatil va se vaporiser, puis le moins volatil, de telle manière que la température d'ébullition va évoluer de Tl à Tg au fur et à mesure du passage sur la surface d 'échange à contre courant avec le flux d'air entrant en C E et sortant en C.S. Les gaz formés vont remonter naturellement vers 1 'échangeur supérieur par le collecteur 43.Le gaz le moins volatil va tout d abord se condenser dans l'échangeur supérieur, puis le plus volatil, de telle manière que la température de condensation va évoluer de Tg à T1 au fur et à mesure du passage sur la surface d'échange à contre courant. Les liquides formés vont ainsi retourner gravitairement vers l'échangeur inférieur pour former un nouveau cycle. La circulation du mélange de fluides s'effectue naturellement grace à la différence de densité entre le mélange de liquides et le mélange de gaz. La composition du mélange zéotropique sera fonction des écarts de températures attendus au niveau des deux flux d'air, pour un écart de 10 degrés Celsius on pourra choisir par exemple un mélange composé de 10% de R23 et de 90% de R22 . Les ailettes serties sur chaque nappes 4a,4b,4c,4d,4e,4f. . ,et ... 5f,5e,5d,5c,5b,5a, pourront être continues ou plus avantageusement être séparées entre elles de quelques millimètres dans le sens de la circulation d'air afin de rendre totalement indépendantes chaque nappes de tubes, évitant ainsi les transferts thermiques parasites d'une nappe vers 1 'autre. Les tubes constituant les surfaces d'échange pourront être soit lisses intérieurement, soit rainurés, soit équipés d'une structure rapportée interne. Refer to Figure 7 and Figure 2 to understand how the system works. The non-azeotropic mixture of refrigerant enters liquid into the lower exchanger through the collector o2 at temperature Tl, the most volatile liquid will vaporize, then the least volatile, so that the boiling temperature will change by Tl at Tg as and when passing over the exchange surface against the current with the air flow entering CE and leaving CS The gases formed will go up naturally towards the upper exchanger by the manifold 43. less volatile will first of all condense in the upper exchanger, then the more volatile, so that the condensation temperature will change from Tg to T1 as it passes over the exchange surface against the current. The liquids formed will thus return by gravity to the lower exchanger to form a new cycle. The circulation of the mixture of fluids takes place naturally thanks to the difference in density between the mixture of liquids and the mixture of gases. The composition of the zeotropic mixture will depend on the temperature differences expected at the level of the two air flows, for a difference of 10 degrees Celsius, it will be possible for example to choose a mixture composed of 10% of R23 and 90% of R22. The fins crimped on each plies 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f. . , and ... 5f, 5e, 5d, 5c, 5b, 5a, may be continuous or more advantageously be separated from each other by a few millimeters in the direction of the air flow in order to make each ply of tubes completely independent, avoiding thus parasitic heat transfers from one layer to another. The tubes constituting the exchange surfaces can be either smooth internally, or grooved, or equipped with an internal attached structure.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, figure 3, les orifices de remplissage 8 indices 1,2,3..., peuvent avantageusement être remplacés par un orifice unique il raccordé à un collecteur 12 reliant entre eux tous les différents circuits, permettant ainsi un remplissage unique en fluide. L'étanchéité entre les deux flux d'air peut être réalisée de fanon parfaite par la plaque de séparation P, sur laquelle sont brasés les collecteurs de liaison 6 et 7 indices 1,2,3...entre les deux échangeurs. In another embodiment of the invention, Figure 3, the filling orifices 8 indices 1,2,3 ..., can advantageously be replaced by a single orifice it connected to a collector 12 connecting together all the different circuits , thus allowing a single filling of fluid. The airtightness between the two air flows can be achieved with a perfect baleen by the separation plate P, on which the connection manifolds 6 and 7 indices 1,2,3 ... are brazed between the two exchangers.
Dans une autre configuration, figure 4, seuls deux collecteurs 14/15, et 17/16, relient les deux échangeurs. Leurs passages sur la plaque P est rendu étanche par brasures. Un seul orifice 18 est utilisé pour le remplissage en fluides. In another configuration, FIG. 4, only two collectors 14/15, and 17/16, connect the two exchangers. Their passages on the plate P is sealed by soldering. A single orifice 18 is used for filling with fluids.
Une autre option 21 sur la figure 5 est un distributeur assurant un répartition uniforme du liquide dans les divers brins de distribution 22 indices 1,2,3...; Sur cette même figure, une vanne 25 (magnétique par exemple), permet en option de réguler le transfert de chaleur entre les deux échangeurs inférieur et supérieur, en empêchant le retour de liquide vers l'échangeur inférieur. Dans le cas où les deux échangeurs sont placés à distance l'un de l'autre, ou que l'échangeur condenseur est placé plus bas que l'échangeur évaporfteur, la vanne 25 sera remplacée par une pompe de circulation (ou par un dispositif dit de ciné-caloduc comme décrit par exemple dans le brevet français de
Mr Jean Paul BERNIER).Another option 21 in FIG. 5 is a distributor ensuring a uniform distribution of the liquid in the various distribution strands 22 indices 1,2,3 ...; In this same figure, a valve 25 (magnetic for example), allows optionally to regulate the heat transfer between the two lower and upper exchangers, preventing the return of liquid to the lower exchanger. In the case where the two exchangers are placed at a distance from each other, or the condenser exchanger is placed lower than the evaporator exchanger, the valve 25 will be replaced by a circulation pump (or by a device said of cine-heat pipe as described for example in the French patent of
Mr Jean Paul BERNIER).
Dans une autre variante, figure 8, un réservoir 33 placé de préférence dans le flux d'air le plus froid F.E, permet 9e piéger le liquide contenu dans le circuit du caloduc à mélange de fluides, permettant ainsi sa régulation de façon proportionnelle. Le chauffage eu le refroidissement de l'élément 34, permet la migration du fluide de remplissage dans, ou à l'extérieur de la bouteille 33. Le remplissage initial s'effectue par l'orifice unique 32. In another variant, FIG. 8, a reservoir 33 preferably placed in the coldest air flow F.E, 9e traps the liquid contained in the circuit of the heat pipe with mixture of fluids, thus allowing its regulation in a proportional manner. Heating and cooling of the element 34 allows migration of the filling fluid into or outside the bottle 33. The initial filling is carried out through the single orifice 32.
Dans une autre configuration, figures 8 et 9, les tubes 54 sont verticaux et forment chacun un échangeur, condenseur en haut, évaporateur en bas; des coudes 52,51 les relient entre eux de façon indifférente afin de former un seul circuit avec un orifice de charge 53 et un bouchon 55. In another configuration, FIGS. 8 and 9, the tubes 54 are vertical and each form an exchanger, condenser at the top, evaporator at the bottom; bends 52, 51 connect them interchangeably so as to form a single circuit with a charging orifice 53 and a plug 55.
Le système de la figure 6 s'applique aussi à cette conception verticale.The system of Figure 6 also applies to this vertical design.
L'invention s'applique à tous types d'échangeurs à contre courant, destinés au réchauffage ou au refroidissement de tous fluides gazeux, liquides, ou solides. The invention applies to all types of counter-current exchangers, intended for the heating or cooling of all gaseous, liquid or solid fluids.
L'invention n'est pas limitée, bien sùr, à son application pour la récupération de chaleur dans les installations de ventilation. The invention is not limited, of course, to its application for heat recovery in ventilation installations.
L'invention est applicable notamment à la climatisation d'abris anti-atomiques du fait que l'étanchéité entre les flux d'air est facilement réalisable avec une protection NBC. The invention is particularly applicable to the air conditioning of atomic shelters because the seal between the air flows is easily achievable with NBC protection.
L'invention est applicable aux transferts de chaleur dans les climatiseurs à air utilisant un cycle de JOULE. The invention is applicable to heat transfers in air conditioners using a JOULE cycle.
L'invention est également utilisable pour le refroidissement. The invention can also be used for cooling.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9201865A FR2687464A1 (en) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | Heat pipes with azeotropic mixture of fluids |
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Publications (1)
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| FR2687464A1 true FR2687464A1 (en) | 1993-08-20 |
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |