FR2745368A1 - Fluid manifold for heating equipment cascade - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPTION
Collecteur hydraulique pour cascade d'appareils de
chauffage de fluide caloporteur
La présente invention est relative à un collecteur hydraulique pour cascade d'appareils de chauffage de fluide caloporteur.DESCRIPTION
Hydraulic collector for waterfall appliances
heat transfer fluid heating
The present invention relates to a hydraulic manifold for a cascade of heat transfer fluid heating apparatus.
On connaît déjà l'agencement d'un collecteur dans un circuit primaire de chauffe à fluide caloporteur. A ce collecteur sont raccordées les entrées et les sorties de circuits secondaires de générateurs ou de récupérateurs de chaleur groupés en cascade le long du collecteur. En fonction des besoins du circuit de chauffe, un ou plusieurs circuits de générateurs ou récupérateurs de chaleur sont mis en fonctionnement. Un circulateur général veille à une bonne irrigation du circuit de chauffe, tandis que des circulateurs particuliers, correspondant à chaque circuit secondaire, sont mis en ou hors service, en fonction de la demande de chaleur. On peut ainsi faire fonctionner à sa puissance nominale une, deux, trois .... n unités de chauffe et réguler sur l'unité n + 1, ce qui assure le rendement maximum de l'installation complète. The arrangement of a collector is already known in a primary coolant heating circuit. This manifold is connected to the inputs and outputs of secondary circuits of generators or heat recovery units grouped in cascade along the collector. Depending on the needs of the heating circuit, one or more circuits of generators or heat recoverers are put into operation. A general circulator ensures a good irrigation of the heating circuit, while particular circulators, corresponding to each secondary circuit, are turned on or off, depending on the heat demand. It is thus possible to operate at its nominal power one, two, three .... n heating units and to regulate on the unit n + 1, which ensures the maximum efficiency of the complete installation.
I1 faut toutefois noter que, à l'entrée du collecteur qui est un conduit tubulaire plus ou moins horizontal, le fluide caloporteur arrive à l'état refroidi. Sur la section transversale du conduit il présente alors une température basse relativement homogène. However, it should be noted that, at the inlet of the collector which is a more or less horizontal tubular duct, the heat transfer fluid arrives in the cooled state. On the cross section of the duct it then has a relatively homogeneous low temperature.
Dans le principe actuel, le fonctionnement en cascade des unités de chauffe mitige par progression la température des sorties des chaudières successives, ce qui influence défavorablement le différentiel thermique entre le départ vers ces chaudières et leur retour dans le collecteur. Il y a en fait un important recyclage entre le départ et le retour des unités de chauffe successives, à l'intérieur du collecteur, et le régime de rendement optimal n'est pas atteint car l'écart de température entre le départ et celle du retour est trop faible. In the present principle, the cascade operation of the heating units progressively increases the temperature of the outlets of the successive boilers, which adversely affects the thermal differential between the flow to these boilers and their return to the collector. There is in fact an important recycling between the start and the return of the successive heating units, inside the collector, and the optimal performance regime is not reached because the difference in temperature between the start and that of the return is too weak.
La présente invention a pour but de porter remède à ces inconvénients, en particulier de prévoir un collecteur hydraulique tel que cité au début, qui permette une amélioration dans le rendement global de l'installation de chauffe. Avantageusement ce collecteur sera d'un coût peu important, très aisé à réaliser et très simple à intégrer dans des installations existantes. The present invention aims to remedy these drawbacks, in particular to provide a hydraulic manifold as cited at the beginning, which allows an improvement in the overall efficiency of the heating system. Advantageously this collector will be of low cost, very easy to achieve and very simple to integrate into existing installations.
Pour résoudre ces problèmes, on a prévu suivant l'invention un collecteur hydraulique pour cascade d'appareils de chauffage de fluide caloporteur, comprenant
- un conduit tubulaire disposé approximativement horizontalement,
- une entrée de fluide caloporteur froid, située à une première extrémité du conduit tubulaire,
- une sortie de fluide caloporteur chaud, située à une deuxième extrémité, opposée à la première, du conduit tubulaire,
- des moyens pour faire circuler le fluide caloporteur entre l'entrée et la sortie du conduit tubulaire,
- pour chaque appareil de chauffage susdit, une ouverture de départ reliée à l'appareil de chauffage pour l'alimenter en fluide caloporteur à chauffer, et une ouverture de retour également reliée à l'appareil de chauffage pour en recevoir le fluide caloporteur chauffé, et
- une cloison ajourée qui s'étend longitudinalement à l'intérieur du conduit tubulaire sur au moins une partie de sa longueur, au moins certaines des ouvertures de retour susdites étant aménagées au-dessus de la cloison et les ouvertures de départ susdites en dessous de celle-ci.To solve these problems, there is provided according to the invention a hydraulic manifold for cascade of heat transfer fluid heating apparatus, comprising
a tubular duct arranged approximately horizontally,
a cold heat transfer fluid inlet located at a first end of the tubular duct,
a hot heat transfer fluid outlet, located at a second end, opposite the first, of the tubular duct,
means for circulating the coolant between the inlet and the outlet of the tubular conduit,
for each aforementioned heating apparatus, a starting opening connected to the heating apparatus for supplying heat transfer fluid to be heated, and a return opening also connected to the heating apparatus for receiving the heat-transfer fluid therefrom, and
a perforated partition which extends longitudinally inside the tubular duct over at least a part of its length, at least some of the aforesaid return openings being arranged above the partition and the aforesaid starting openings below it.
La cloison ajourée établit ainsi à l'intérieur du collecteur suivant l'invention une ligne de partage entre le fluide chaud plus léger et le fluide froid. De préférence, cette cloison va suivre la ligne de partage naturelle entre fluide chaud et fluide froid, c'est-àdire ce que l'on appelle la ligne thermocline. Elle sera donc de préférence inclinée vers le bas en direction de la sortie de fluide caloporteur chaud du conduit tubulaire. The perforated partition thus establishes within the collector according to the invention a dividing line between the lighter hot fluid and the cold fluid. Preferably, this partition will follow the natural dividing line between hot fluid and cold fluid, that is to say what is called the thermocline line. It will therefore preferably be inclined downward towards the hot heat transfer fluid outlet of the tubular duct.
Cet agencement permet d'obtenir de manière optimale le différentiel thermique requis de la part des appareils de chauffage en cascade. Le fluide chauffé sortant du retour d'appareil ne vient perturber ni la température du fluide entrant dans cet appareil, ni celle du fluide entrant dans l'appareil de chauffage voisin, situé en aval. Les appareils de chauffage peuvent alors fonctionner dans des conditions de rendement optimales, par exemple avec un AT de 200C entre départ et retour, ce qui rend ainsi dans sa totalité la puissance installée. This arrangement optimally provides the required thermal differential from the cascading heaters. The heated fluid leaving the device return does not disturb the temperature of the fluid entering the device, nor that of the fluid entering the adjacent heater, located downstream. The heaters can then operate in optimal performance conditions, for example with a 200C AT between start and return, thus making the total installed power.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre non limitatif et avec référence aux dessins annexés. Other details and particularities of the invention will emerge from the description given below without limitation and with reference to the accompanying drawings.
La figure 1 représente une vue latérale schématique d'un collecteur suivant l'invention. Figure 1 shows a schematic side view of a collector according to the invention.
La figure 2 représente une vue latérale schématique d'une variante de réalisation de collecteur suivant l'invention. FIG. 2 represents a schematic side view of a variant embodiment of a collector according to the invention.
La figure 3 représente une vue latérale schématique d'encore une autre forme de réalisation de collecteur suivant l'invention. Figure 3 shows a schematic side view of yet another embodiment of collector according to the invention.
La figure 4 représente une vue en coupe, suivant la ligne IV-IV, de la figure 1. FIG. 4 represents a sectional view along the line IV-IV of FIG.
La figure 5 représente un détail d'une cloison ajourée de collecteur suivant l'invention. FIG. 5 represents a detail of an openwork collector partition according to the invention.
Sur les différents dessins, les éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes références. In the various drawings, identical or similar elements are designated by the same references.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, on peut voir un collecteur hydraulique 1 sur lequel sont montés une cascade d'appareils de chauffage de fluide caloporteur 2, 3, 4. Ceux-ci sont représentés de manière schématique et ils peuvent représenter aussi bien un générateur de chaleur, tel qu'une chaudière, qu'un récupérateur ou échangeur de chaleur. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, it is possible to see a hydraulic collector 1 on which a cascade of heat transfer fluid heating apparatus 2, 3, 4 is mounted. These are represented schematically and they can represent as well a heat generator, such as a boiler, a recuperator or heat exchanger.
Le collecteur hydraulique 1 comprend un conduit tubulaire 5 disposé approximativement horizontalement, une entrée 6 de fluide caloporteur froid, située à une première extrémité du conduit tubulaire 5, et une sortie 7 de fluide caloporteur chaud, située à une deuxième extrémité, opposée à la première, du conduit tubulaire 5. Cette entrée 6 et cette sortie 7 peuvent par exemple être raccordées sans problème à un circuit de chauffe primaire courant. The hydraulic manifold 1 comprises a tubular duct 5 arranged approximately horizontally, an inlet 6 of cool heat transfer fluid, located at a first end of the tubular duct 5, and an outlet 7 of hot heat transfer fluid, located at a second end, opposite the first of the tubular duct 5. This inlet 6 and this outlet 7 can for example be connected without problems to a current primary heating circuit.
Un circulateur est bien entendu prévu dans ce circuit de chauffe, ou éventuellement dans le conduit tubulaire 5 lui-même, pour faire circuler le fluide caloporteur entre l'entrée 6 et la sortie 7 du conduit tubulaire 5. A circulator is of course provided in this heating circuit, or possibly in the tubular duct 5 itself, for circulating the coolant between the inlet 6 and the outlet 7 of the tubular duct 5.
Un circuit de chauffage secondaire est prévu pour chaque appareil de chauffage 2, 3, 4 disposé en cascade. Ce circuit comprend une ouverture de départ 8 prévue dans le conduit tubulaire 5 à laquelle est raccordée un conduit d'alimentation 9 en fluide caloporteur à chauffer. Ce conduit 9 alimente l'appareil de chauffage 2, 3 ou respectivement 4 et le fluide chauffé est retourné au collecteur 1 en passant par un conduit de retour 10 et une ouverture de retour 11 prévue dans le conduit tubulaire. Dans l'exemple illustré, chaque circuit de chauffage comprend en outre un circulateur propre 12. A secondary heating circuit is provided for each heater 2, 3, 4 arranged in cascade. This circuit comprises a starting opening 8 provided in the tubular conduit 5 to which is connected a supply duct 9 heat transfer fluid to be heated. This duct 9 supplies the heating apparatus 2, 3 or 4 and the heated fluid is returned to the collector 1 via a return duct 10 and a return opening 11 provided in the tubular duct. In the illustrated example, each heating circuit further comprises a clean circulator 12.
Le collecteur suivant l'invention, illustré sur la figure 1, comprend en outre une cloison ajourée 13 qui s'étend longitudinalement à l'intérieur du conduit tubulaire 5, sur la totalité de sa longueur. The collector according to the invention, illustrated in Figure 1, further comprises a perforated partition 13 which extends longitudinally inside the tubular conduit 5 over its entire length.
Ainsi qu'il ressort de la figure 4, dans cet exemple de réalisation, le conduit tubulaire 5 présente une section transversale quadrangulaire, en particulier rectangulaire. Il est formé de deux profilés en U 14 et 15 qui sont mutuellement reliés entre eux par leurs ailes respectives, qui enserrent entre elles une tôle perforée formant ladite cloison ajourée 13.As is apparent from FIG. 4, in this exemplary embodiment, the tubular duct 5 has a quadrangular, in particular rectangular, cross section. It is formed of two U-shaped sections 14 and 15 which are mutually interconnected by their respective flanges, which enclose a perforated sheet between them forming said perforated partition 13.
Suivant l'invention, dans l'exemple illustré sur la figure 1, les ouvertures de départ 8 des circuits de chauffage disposés en cascade sont toutes disposées en dessous de la cloison ajourée 13 et donc reçoivent préférentiellement l'eau froide circulant dans le collecteur 1. Par contre, les ouvertures de retour 11 de ces circuits de chauffage sont toutes disposées audessus de cette cloison ajourée 13. Il en résulte que le fluide chaud sortant d'un de ces circuits de chauffage ne va plus pouvoir perturber, ou uniquenent de manière extrêmement réduite, la température de l'eau entrant dans ce circuit de chauffage ou dans le circuit de chauffage voisin, situé en aval. According to the invention, in the example illustrated in FIG. 1, the starting openings 8 of the heating circuits arranged in cascade are all arranged below the perforated partition 13 and therefore preferentially receive the cold water circulating in the collector 1 On the other hand, the return openings 11 of these heating circuits are all arranged above this perforated partition 13. As a result, the hot fluid leaving one of these heating circuits will no longer be able to disturb, or uniquely, one another. extremely low, the temperature of the water entering this heating circuit or in the adjacent heating circuit, located downstream.
Avantageusement, la surface totale des passages ou trous aménagés dans la tôle perforée 13 est d'un ordre de grandeur égal à la section totale des ouvertures de départ 8 vers les appareils de chauffage 2, 3, 4. Advantageously, the total surface of the passages or holes formed in the perforated plate 13 is of an order of magnitude equal to the total section of the starting openings 8 to the heating devices 2, 3, 4.
Au lieu d'une tôle perforée, on pourrait prévoir, comme cloison ajourée 13, d'autres formes de réalisation, par exemple une cloison avec des trous de guidage 17 comme représenté en perspective sur la figure 5. Du côté amont, le trou est bordé d'un rebord de protection 16 qui oriente le fluide chaud, vers la sortie 7 en entravant en particulier un passage vers le bas du fluide caloporteur chaud situé au-dessus de la cloison 13 à travers ces trous 17. Instead of a perforated plate, it is possible to provide, as perforated partition 13, other embodiments, for example a partition with guide holes 17 as shown in perspective in FIG. 5. On the upstream side, the hole is bordered by a protective rim 16 which directs the hot fluid towards the outlet 7, in particular by impeding a passage downwards from the hot heat-transfer fluid situated above the partition 13 through these holes 17.
Le collecteur suivant l'invention, représenté sur la figure 2, se différencie de celui représenté sur les figures 1 et 4, par le fait que la cloison ajourée 13 s'étend depuis l'entrée 6 de fluide caloporteur jusqu'à un endroit situé entre l'ouverture départ 8 du circuit de l'appareil de chauffage 2, situé le plus en aval, et son ouverture de retour 11. The manifold according to the invention, shown in FIG. 2, is different from that shown in FIGS. 1 and 4, in that the perforated partition 13 extends from the heat transfer fluid inlet 6 to a location located between the starting opening 8 of the circuit of the heater 2, situated furthest downstream, and its return opening 11.
De plus, la cloison ajourée 13 est inclinée de haut en bas dans le conduit tubulaire 5, entre l'entrée 6 et la sortie 7 de celui-ci. Son inclinaison est choisie de façon qu'elle suive ainsi au maximum la ligne de partage effective entre fluide chaud et fluide froid dans le collecteur, c'est-à-dire ce que l'on appelle la ligne thermocline. In addition, the perforated partition 13 is inclined up and down in the tubular conduit 5, between the inlet 6 and the outlet 7 thereof. Its inclination is chosen so that it thus follows as much as possible the effective dividing line between hot fluid and cold fluid in the collector, that is to say what is called the thermocline line.
Lorsqu'on examine un collecteur courant, connu dans la technique, c'est-à-dire sans cloison ajourée suivant l'invention, dans les conditions optimales on obtient, pour une seule chaudière en fonctionnement, un AT entre le départ du collecteur vers la chaudière et le retour de la chaudière au collecteur qui est sensiblement égal à la valeur optimale recherchée pour AT, c'est-à-dire par exemple 200C. When examining a common collector, known in the art, that is to say without perforated partition according to the invention, under the optimum conditions is obtained, for a single boiler in operation, an AT between the start of the collector to the boiler and the return of the boiler to the collector which is substantially equal to the optimum value sought for AT, that is to say for example 200C.
Lorsque, dans ce cas, on met en service deux chaudières en cascade, puis trois, puis n.... on remarque que la chaudière située le plus en amont tend toujours vers cette valeur optimale de AT, mais que les chaudières suivantes ont un AT qui tend de plus en plus vers zéro, ce qui donne les équations suivantes 1 chaudière en fonctionnement : AT = TD-TR où TD = température départ et TR = température retour. When, in this case, two boilers are cascaded, then three, then n .... it is noted that the boiler upstream always tends towards this optimal value of AT, but that the following boilers have a AT which tends more and more towards zero, which gives the following equations 1 boiler in operation: AT = TD-TR where TD = temperature departure and TR = temperature return.
2 chaudières : AT = TD-TR
2 n chaudières : AT = TD-TR
n
Si l'on fait des observations identiques sur un collecteur suivant l'invention, tel qu'illustré sur la figure 1, on obtient pour 1 chaudière : AT = TD-TR 2 chaudières : AT = + 0,9 (TD-TR) n chaudières : #T = + 0,9' > (TD-TR).2 boilers: AT = TD-TR
2 n boilers: AT = TD-TR
not
If we make identical observations on a collector according to the invention, as illustrated in FIG. 1, we obtain for 1 boiler: AT = TD-TR 2 boilers: AT = + 0.9 (TD-TR) n boilers: #T = + 0,9 '> (TD-TR).
Sur un collecteur suivant l'invention, tel qu'illustré sur la figure 2, on obtient même pour n chaudières : AT = + 0,95(n~') (TD-TR). On a collector according to the invention, as illustrated in FIG. 2, even for n boilers, one obtains: AT = + 0.95 (n ~ ') (TD-TR).
Le gros avantage de la cloison ajourée de séparation réside dans la puissance totale disponible. The big advantage of the perforated partition wall is the total power available.
En effet, la puissance de chauffe d'une chaudière est fonction du AT. En pratique, le AT optimal est de 20"C. Indeed, the heating power of a boiler is a function of the AT. In practice, the optimal AT is 20 ° C.
Dans un circulateur selon l'état connu de la technique, on trouve donc une cascade de chaudières fonctionnant sur AT faible, ce qui limite leur nombre. La 3ème chaudière n'est déjà plus à sa puissance nominale.In a circulator according to the state of the art, there is therefore a cascade of boilers operating on low AT, which limits their number. The 3rd boiler is already at its nominal power.
Avec un collecteur suivant l'invention, le nombre de chaudières est presque illustré. With a collector according to the invention, the number of boilers is almost illustrated.
Le collecteur suivant l'invention, représenté sur la figure 3, se différencie de ceux décrits précé demment par le fait qu'il comporte une cloison ajourée supplémentaire 18 qui s'étend parallèlement à la cloison ajourée 13. Ici, seules les ouvertures de retour 11 des circuits des deux appareils de chauffage 20, 21 situés le plus en aval débouchent au-dessus de la cloison 13. The manifold according to the invention, shown in FIG. 3, differs from those described above in that it comprises an additional perforated partition 18 which extends parallel to the perforated partition 13. Here, only the return openings 11 circuits of two heaters 20, 21 located further downstream open above the partition 13.
Les ouvertures de retour 19 des circuits des deux appareils de chauffage 22, 23 situés le plus en amont débouchent entre les deux cloisons ajourées 13 et 18.The return openings 19 of the circuits of the two heaters 22, 23 situated the most upstream open out between the two perforated partitions 13 and 18.
Cette forme de réalisation permet l'exploitation de générateurs de chaleur 22, 23 à coût de production calorifique très bas, mais dont la commande n'est pas à la disposition du gestionnaire de la chauffe. Il s'agit de générateurs dépendant par exemple des conditions climatiques dans le cas d'un chauffage solaire ou de générateurs dépendant d'une gestion indépendante, par exemple dans le cas de récupération de chaleur sur un système de cogénération d'électricité et de chaleur piloté par des consignes purement électriques. Le gestionnaire de chauffe est alors obligé de prendre en priorité la chaleur de ces générateurs bon marché et de les remplacer en cas d'insuffisance ou d'absence par un des générateurs de chaleur 20, 21 pilotés par le gestionnaire de chauffe. This embodiment allows the operation of heat generators 22, 23 with very low heat production cost, but whose control is not available to the heating manager. These are generators depending, for example, on climatic conditions in the case of solar heating or generators dependent on independent management, for example in the case of heat recovery on a co-generation system of electricity and heat. driven by purely electric instructions. The heating manager is then obliged to take priority heat from these inexpensive generators and replace them in case of insufficiency or absence by one of the heat generators 20, 21 controlled by the heating manager.
Au lieu d'un montage onéreux série/parallèle composé d'un appareil électronique pilotant des vannes à 3 voies, on résout ici le problème en plaçant deux ou plusieurs cloisons ajourées qui stabilisent dans le collecteur plusieurs écoulements à températures différentes, sans influences mutuelles entre les différents générateurs. Instead of an expensive serial / parallel assembly composed of an electronic device controlling 3-way valves, the problem is solved here by placing two or more perforated partitions which stabilize in the manifold several flows at different temperatures, without mutual influences between the different generators.
Il doit être entendu que les formes de réalisation décrites et représentées ci-dessus sont données uniquement à titre d'exemples non limitatifs et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention indiquée dans les revendications ci-après. It should be understood that the embodiments described and shown above are given solely by way of non-limiting examples and that many modifications can be made without departing from the scope of the invention indicated in the claims below.
On pourrait naturellement imaginer par exemple des conduits tubulaires présentant une section transversale autre que quadrangulaire, par exemple circulaire. One could naturally imagine for example tubular conduits having a cross section other than quadrangular, for example circular.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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TP | Transmission of property | ||
ST | Notification of lapse |