FR2461220A1 - THERMAL EXCHANGER COMBINED WITH A HEAT ACCUMULATOR - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN ECHANGEUR DE CHALEUR. IL EST COUPLE A UN ACCUMULATEUR THERMIQUE DIVISE EN PLUSIEURS ZONES 11 A 16 ISOLEES, TRAVERSEES LES UNES APRES LES AUTRES PAR LE CONDUIT CHAUFFE 9. LE CONDUIT CHAUFFANT 17 EST SEPARE DE CES ZONES PAR UNE CLOISON ISOLANTE 18. UNE LIAISON DE TRANSFERT THERMIQUE A SENS UNIQUE EST PREVUE DU CONDUIT CHAUFFANT 17 VERS CHAQUE ZONE D'ACCUMULATION, LES ZONES D'ACCUMULATION ETANT PLACEES DANS UN ORDRE DE TEMPERATURES DECROISSANT. ON PEUT AINSI TRAVAILLER AVEC DES SOURCES DE CHALEUR NE FONCTIONNANT PAS AVEC DES CHUTES DE TEMPERATURES BIEN DETERMINEES.THE INVENTION CONCERNS A HEAT EXCHANGER. IT IS COUPLED TO A THERMAL ACCUMULATOR DIVIDED INTO SEVERAL ZONES 11 TO 16 ISOLATED, CROSSED ONE AFTER THE OTHERS BY THE HEATED DUCT 9. THE HEATING DUCT 17 IS SEPARATED FROM THESE ZONES BY AN INSULATING BULKHEAD 18. A THERMAL TRANSFER LINK SINGLE IS PROVIDED FROM THE HEATING DUCT 17 TO EACH ACCUMULATION ZONE, THE ACCUMULATION ZONES BEING PLACED IN A DECREASING ORDER OF TEMPERATURE. WE CAN THUS WORK WITH HEAT SOURCES THAT DO NOT WORK WITH WELL DETERMINED TEMPERATURE DROPS.
Description
L'invention concerne un échangeur thermi-The invention relates to a heat exchanger
que isolé contre les pertes de chaleur dans l'environ- than isolated against heat loss in the environ-
nement et combiné à un accumulateur thermique, compor- combined with a heat accumulator, including
tant un conduit chauffé et, séparé de celui-ci, un conduit chauffant, ces deux conduits étant en liaison d'échange thermique avec une masse accumulatrice de chaleur. Des échangeurs et accumulateurs thermiques de cette catégorie sont pratiquement utilisés sur tous les systèmes domestiques de distribution d'eau et dans de nombreux autres cas d'emploi. Un certain volume d'eau de consommation emmagasinée dans un réservoir est maintenue à une température de stockage déterminée par des serpentins de réchauffage soumis à une source de both a heated duct and, separated from it, a heating duct, these two ducts being in heat exchange connection with a heat accumulating mass. Heat exchangers and accumulators of this category are practically used on all domestic water supply systems and in many other cases of use. A certain volume of drinking water stored in a tank is maintained at a storage temperature determined by reheat coils subjected to a source of
chaleur, le foyer d'un système de chauffage par exemple. heat, the focus of a heating system for example.
Lorsque l'on puise l'eau chaude emmagasinée, la tempé- When hot water is stored, the temperature of
rature s'abaisse en raison de l'appoint d'eau froide intervenant dans le réservoir à accumulation, de sorte que la source thermique doit à nouveau fournir de la chaleur. Comme il a été dit plus haut, la source de chaleur est normalement un foyer pour lequel peut à tout moment 8tre supposée une chute de température bien The temperature is lowered due to the addition of cold water in the storage tank, so that the heat source must again supply heat. As mentioned above, the heat source is normally a home for which a temperature drop can be assumed at all times.
déterminée pour un transfert thermique. determined for heat transfer.
Cependant, lorsque la source de chaleur est une batterie collectrice solaire ou, par exemple, la chaleur évacuée par un dispositif quelconque (eaux usées domestiques par exemple), il n'est plus possible de compter, côté source de chaleur ou côté primaire, sur un niveau de température demeurant constant ou sur une chute de température bien déterminée en direction However, when the heat source is a solar collector battery or, for example, the heat evacuated by any device (domestic wastewater for example), it is no longer possible to count, on the heat source side or the primary side, on a constant temperature level or a definite temperature drop in the direction of
du côté absorbeur de chaleur ou secondaire de l'échan- on the heat absorber or secondary side of the sample
geur thermique. Si, pour de tels cas d'emploi, des thermal gage. If, for such employment cases,
échangeurs et accumulateurs de chaleur de type classi- exchangers and heat accumulators of conventional type
que étaient utilisés, pourrait intervenir le cas éché- that could be used, could
ant un reflux thermique allant du côté secondaire au côté primaire. Au cas o ce reflux interviendrait a thermal reflux from the secondary side to the primary side. In case this reflux occurs
dans une période o la chaleur disponible est particu- in a period when available heat is particularly
lièrement réduite, il pourrait s'ensuivre un refroi- reduced, it could result in a cooling
dissement du côté consommation.consumption side.
L'objet de l'invention est de donner à un échangeur thermique à accumulation une structure telle qu'en cas de fluctuations du niveau de température côté fourniture de chaleur et/ou côté consommation de chaleur, un reflux de chaleur du secondaire au primaire The object of the invention is to give a storage heat exchanger a structure such that in case of fluctuations in the temperature level on the heat supply side and / or on the heat consumption side, a heat reflux from the secondary to the primary
puisse être évité, même si la chute de température s'in- can be avoided, even if the temperature drop is
verse, structure grâce à laquelle également la chaleur mise à disposition côté fourniture de chaleur puisse pour, structure through which also the heat available on the supply side of heat can
être largement utilisée du côté consommation. be widely used on the consumer side.
Les dispositions prévues par l'invention The provisions of the invention
résolvent ce problème par le fait que la masse accumu- solve this problem by the fact that
latrice de chaleur est divisée en plusieurs zones d'ac- heat generator is divided into several areas of
cumulation thermique isolées thermiquement les unes des autres, à chacune desquelles est affecté un niveau thermally insulated thermal cumulation of each other, to each of which is assigned a level
de température différent, zones d'accumulation thermi- of different temperatures, areas of thermal accumulation
ques traversées les unes après les autres, dans un or- crossed one after the other, in a
dre croissant correspondant à la suite des différents niveaux de température, par le conduit chauffé, par le fait que le conduit chauffant est séparé des zones d'accumulation thermique par une cloison thermoisolante, et par le fait qu'entre le canal chauffant et chacune des différentes zones d'accumulation thermique, est dre increasing corresponding to the following various temperature levels, by the heated conduit, by the fact that the heating conduit is separated from the thermal accumulation zones by a thermosolante partition, and by the fact that between the heating channel and each of the different areas of thermal accumulation, is
prévue une liaison de transfert thermique agissant ex- provided a heat transfer link acting ex-
clusivement dans un sens, à savoir du conduit chauffant vers la zone d'accumulation thermique correspondante de in one direction, namely from the heating duct to the corresponding thermal accumulation zone of
l'accumulateur de chaleur, les parties chauffées, ali- heat accumulator, heated parts, food
mentées par le conduit chauffant, des différentes liai- heated ducts, different connections
sons de transfert thermique étant atteintes par le con- heat transfer sounds being achieved by the
duit chauffé les unes après les autres dans l'ordre dé- heated one after the other in the order
croissant correspondant à la suite des différents ni- corresponding increase in the sequence of the various
veaux de température des zones d'accumulation de chaleur correspondantes. Grâce à l'invention, sont introduits temperatures of the corresponding heat accumulation zones. Thanks to the invention, are introduced
dans l'accumulateur thermique et dans l'échangeur ther- in the heat accumulator and in the heat exchanger
mique un étagement forcé des températures ainsi qu'une barrière antireflux thermique. La liaison de transfert thermique n'agissant que dans un seul sens peut être obtenue par un système à serpentin de refroidissement avec des soupapes d'arrêt entre les côtés d'apport de a forced temperature range and a thermal anti-reflux barrier. The one-way thermal transfer link can be provided by a cooling coil system with stop valves between the supply side
chaleur et de prélèvement de chaleur, soupapes se fer- heat and heat removal, valves will close
mant automatiquement en cas d'inversion de chute de température. Ces soupapes ne réagissent donc pas à la hauteur du niveau de température mais à la direction automatically when there is a temperature drop. These valves do not react to the height of the temperature level but to the direction
d'un gradient de température entre deux points diffé- a temperature gradient between two different points
rents. Une disposition plus simple que cette possibili- ent. A simpler provision than this possibility
té de solution consiste à utiliser des conduits de cha- solution consists in using ducts from each
leur qui sont disposés verticalement, leur c8té de pré- vertically arranged, their side of pre-
lèvement de chaleur étant placé en bas et leur côté de fourniture de chaleur en haut, le retour du condensat ayant lieu largement par gravitée heat removal being placed at the bottom and their heat supply side at the top, the return of the condensate taking place largely by gravity
Les conduits de chaleur sont bien connus. The heat pipes are well known.
On doit comprendre ici par cette expression une cavité hermétiquement fermée, étanche, en forme de tube ou de This expression must be understood to mean a hermetically sealed, watertight, tube-shaped or
plaque, constituée au moins dans la région de prélève- plate, made up at least in the sampling area
ment de chaleur et/ou de fourniture de chaleur d'un matériau bon conducteur de la chaleur, par exemple en cuivre ou en aluminium, cette chambre étant remplie heat and / or heat supply of a good heat conducting material, for example copper or aluminum, this chamber being filled
d'un milieu de transport de chaleur vaporisable et con- a vaporizable heat transport medium and
densable. Le choix du milieu se fait en fonction du niveau de température auquel le transport de chaleur boit se faire. Le conduit de chaleur est normalement prévu avec à l'intérieur en partie une structure capillaire densable. The choice of medium is based on the temperature level at which the heat transport can be done. The heat pipe is normally provided with partly inside a capillary structure
pour le retour du milieu de transport de chaleur conden- for the return of the condensed heat transport medium
sé, du c8té de délivrance de chaleur jusqu'au côté de prélèvement de chaleur; ceci peut par exemple se faire sous la forme d'une texture striée du tube ou d'une from the heat transfer side to the heat extraction side; this can for example be in the form of a striated texture of the tube or a
structure de rainures de la surface intérieure du tube. groove structure of the inner surface of the tube.
Avec cette structure capillaire, le condensat peut être renvoyé vers le côté de prélèvement de chaleur du With this capillary structure, the condensate can be returned to the heat extraction side of the
tube sur une petite différence de niveau même à l'en- tube on a small level difference even at the
- contre de la force de la pesanteur. - against the force of gravity.
Dans l'emploi présent, cette structure capillaire doit dans toute la mesure du possible, pour empêcher un reflux du condensat contre la pesanteur, être évitée, au moins dans la zone de transition entre partie chauffée et partie chauffante des tubes. Dans cet emploi, le condensat ne doit être transféré que vers le bas, pour qu'en cas d'inversion de la chute de température, ne puisse se produire entre les extrémités In the present use, this capillary structure must as far as possible, to prevent reflux of the condensate against gravity, be avoided, at least in the transition zone between the heated portion and the heating portion of the tubes. In this application, the condensate must only be transferred downwards, so that in case of reversal of the temperature drop, can not occur between the ends
du tube thermique un transfert thermique en sens inver- of the thermal tube a thermal transfer in the opposite direction
se (supposant un flux montant de condensat), c'est-à- se (assuming a high flow of condensate), that is,
dire du côté secondaire au côté primaire. A l'intérieur say on the secondary side to the primary side. Inside
de la partie chauffée du tube thermiques laquelle s'é- of the heated part of the thermal tube which
tend sur une certaine différence de niveau, l'utilisa- tends to differ in level, the use of
tion d'une structure capillaire interne est favorable; tion of an internal capillary structure is favorable;
elle permet d'humecter de condensat la plus grande par- it makes it possible to moisten condensate the largest
tie possible de la surface interne de la paroi de la possible of the internal surface of the wall of the
partie chauffée, même lorsque celle-ci n'est que par- heated part, even when it is only
tiellement remplie de liquide condensé. Ceci augmente la capacité de transfert thermique. Il est avantageux qu'entre la partie chauffée et la partie chauffante du tube, soit intercalé une zone de transition longue de à 25 cm, verticale et libre de toute fonction. Ce secteur du tube doit être bien isolé thermiquement. Il filled with condensed liquid. This increases the heat transfer capacity. It is advantageous that between the heated portion and the heating portion of the tube is interposed a transition zone 25 cm long, vertical and free of any function. This sector of the tube must be well insulated thermally. he
représente une distance de sécurité entre les deux par- represents a safe distance between the two
ties actives de transfert du tube thermique, distance o ne pouvant être franchie en direction du haut, d'après active transfer parts of the thermal tube, distance o can not be crossed in the direction of the top, according to
les enseignements recueillis jusqu'ici, par le conden- the lessons learned so far, through the conden-
sat. Le remplissage des tubes thermiques peut se faire sat. The filling of the heat pipes can be done
au choix à l'ammoniaque, à l'eau ou à l'aide d'un mé- by choice with ammonia, water or with a
lange d'alcool et d'eau. Au point chaud du tube auquel est amenée l'énergie thermique, le fluide introduit alcohol and water. At the hot point of the tube to which the thermal energy is brought, the fluid introduced
vaporise et se détend rapidement à l'intérieur du tu- vaporizes and relaxes quickly inside the
be. Aux points du tube qui cèdent de la chaleur, le fluide vaporisé précipite et se condense en cédant sa chaleur à la paroi du tube. Le condensat revient (ici exclusivement par gravité) vers les points du tube o la chaleur est amenée. La quantité de chaleur cédée par be. At the points of the tube that yield heat, the vaporized fluid precipitates and condenses by yielding its heat to the wall of the tube. The condensate returns (here exclusively by gravity) to the points of the tube where the heat is brought. The amount of heat transferred by
le fluide à la cloison du tube côté condensat est trans- the fluid at the condensate-side tube partition is trans-
mise sur la face extérieure, par conductibilité ther- placed on the outside, by thermal conductibility
mique et convection, au fluide accumulateur de chaleur. and convection, to the heat accumulating fluid.
Etant donné qu'aux points réchauffés ou chauffants du Given that at the heated or heated points of the
tube, a lieu un changement d'état du fluide calopor- tube, a change of state of the heat-exchange fluid takes place
teur, l'énergie de transformation nécessaire pour le changement d'état est transmise pour l'essentiel sous the transformation energy necessary for the change of state is transmitted for the most part under
forme de chaleur. Les énergies de transformation rap- form of heat. The transformative energies
portées à la masse du fluide caloporteur étant notable- brought to the mass of the coolant being significant-
ment supérieures aux quantités d'énergies emmagasina- higher than the quantities of energy stored in
bles par réohauffage d'un fluide, il est possible, par by reheating a fluid, it is possible
le transfert de quantité de fluide caloporteur relati- the transfer of quantity of coolant relative to
vement petite, de transmettre une grosse quantité de chaleur même à de grandes distances et pour des chutes de température relativement réduites. En appliquant une pression déterminée à l'intérieur du tube thermique, small, to transmit a large amount of heat even at great distances and for relatively small temperature drops. By applying a determined pressure inside the thermal tube,
on peut de plus faire en sorte que le transfert thermi- it is also possible to ensure that the heat transfer
que puisse avoir lieu pour un niveau de température that can take place for a temperature level
parfaitement déterminé.perfectly determined.
L'effet de barrage exercé par des tubes de cette conformation sur un reflux thermique dirigé du The dam effect exerted by tubes of this conformation on a thermal reflux directed by
côté secondaire au côté primaire de l'échangeur thermi- secondary side to the primary side of the heat exchanger
que à accumulation est provoqué en empêchant, comme déjà dit, le flux de condensat de se diriger dans la direction de transfert thermique indésirable. Lorsqu'il That accumulation is caused by preventing, as already said, the flow of condensate from heading in the direction of undesirable heat transfer. when
y a inversion de la chute de température dans l'échan- there is a reversal of the temperature drop in the sample.
geur thermique à accumulation le condensat devrait, -pour un transfert thermique à l'intérieur du tube, se déplacer, contre la pesanteur, du côté primaire situé en bas au c8té secondaire situé en haut, ce qu'il ne For the thermal transfer inside the tube, the condensate should move, against gravity, from the primary side at the bottom to the secondary side at the top.
peut faire sans structure capillaire, on ne peut réus- can do without a capillary structure, we can not succeed
sir que dans une proportion négligeable. Il est avan- only a negligible proportion. It is advan-
tageux que la face interne du tube soit revêtue, dans la zone de transition, d'une garniture hydrophobe; le tageux that the inner face of the tube is coated, in the transition zone, a hydrophobic lining; the
conduit humecte ainsi le moins possible la face inté- thus minimally dampens the face
rieure et, par conséquent, n'a pas tendance, dans ce and, therefore, does not tend to
secteur, à se déplacer vers le haut sur la paroi inter- sector, to move upwards on the inter-
ne contre la gravité. Une légère tendance à l"''humecta- do not against gravity. A slight tendency to moisten
tion" entre le condensat et la paroi interne dans la zone de transition conduit aussi par ailleurs à un passage particulièrement rapide du condensai dans la partie primaire dans le sens désiré, avec la gravité, The transition between the condensate and the inner wall in the transition zone also leads, moreover, to a particularly rapid passage of the condensate in the primary part in the desired direction, with gravity.
sur la paroi interne des tubes. Cela favorise un trans- on the inner wall of the tubes. This promotes a trans-
fert thermique important dans le sens de transmission significant thermal fertility in the direction of transmission
désiré malgré un secteur de tube à fonction neutre éven- desired despite a neutral-function tube sector possibly
tuellement intercalé.. Un revêtement réduisant de façon interposed.
appropriée l'humectation par condensat peut être réali- condensate damping can be carried out
sé par chromage de la face intérieure ou application sur celle-ci d'une couche de polytétrafluoréthylène (ITFE). Dans la partie chauffante du tube toutefois, chromium plating of the inner face or application thereon of a layer of polytetrafluoroethylene (ITFE). In the heating part of the tube however,
l'état de surface doit favoriser une condensation pel- the surface condition must favor pelvic condensation
liculaire, par opposition à une condensation en gout- licular, as opposed to condensation in
tes. D'après les enseignements recueillis, une conden- your. According to the lessons learned, a conden-
sation pelliculaire permet, pour de petites différences de température entre l'atmosphère intérieure du tube pellicle allows, for small temperature differences between the inner atmosphere of the tube
et sa face extérieure, un meilleur transfert thermique. and its outer face, better heat transfer.
Comme fluide accumulateur, l'eau de consom- As accumulating fluid, the water of consumption
mation ou industrielle à réchauffer cÈté secondaire peut être utilisée, les différentes zones accumulatrices mation or industrial to heat secondary side can be used, the different accumulator zones
de chaleur formant dans le même temps le conduit chauf- of heat forming at the same time the heating duct
fé de l'échangeur thermique à accumulation. Comme flui- of the storage heat exchanger. As flui-
de d'accumulation, on peut toutefois utiliser aussi un accumulation, one can however also use a
matériau enfermé en permanence dans les zones d'accumu- material permanently enclosed in the accumulation zones
lation, en particulier un matériau accumulateur de chaleur latente. Avec une telle configuration, un lation, in particular a latent heat storage material. With such a configuration, a
échange thermique entre le conduit chauffé et le maté- heat exchange between the heated duct and the material
riau des zones d'accumulation thermique est à prévoir areas of thermal accumulation is to be expected
à travers la cloison du conduit. Avec le matériau accu- through the duct partition. With the material
mulateur de chaleur latente également, l'énergie de transformation de phase entre phase liquide et phase latent heat exchanger also, phase transformation energy between liquid phase and phase
solide ou, sur les accumulateurs à chaleur latente chi- solid or, on cold latent heat accumulators
mique, l'enthalpie de réaction est pratiquement emma- the enthalpy of reaction is practically
gasinée et, à un degré moindre, l'énergie thermique waste gas and, to a lesser degree, thermal energy
- correspondant au réchauffement. On obtient par consé- - corresponding to the warming. We obtain
quent des densités d'accumulation sensiblement plus significantly higher accumulation densities
élevées ou, pour un volume de construction prédétermi- high or, for a predefined volume of construction,
née, des capacités d'accumulation plus importantes que higher accumulation capacities than
lors d'un stockage dépendant purement de la température. during storage depending purely on the temperature.
Comme matériau accumulateur de chaleur latente, on peut As a latent heat storage material, it is possible to
utiliser différentes substances ou combinaisons de subs- use different substances or combinations of
tances, par exemple des catégories de cires à tempéra- such as categories of temperature waxes,
tures d'emploi différentes, en particulier pour ce qui different forms of employment, in particular for
concerne les points de fusion, en fonction des diffé- melting points, depending on the differences
rents niveaux de température des zones d'accumulation temperature levels of accumulation zones
de chaleur.heat.
Un autre avantage des accumulateurs de cha- Another advantage of battery accumulators
leur latente est que l'échange thermique s'effectue tou- their latent is that the heat exchange is always effected
jours pratiquement à une température déterminée sans considération de la capacité d'accumulation, notamment à la température d'utilisation et de fusion du matériau emmagasiné. On obtient ainsi, même lorsque la capacité d'accumulation est partiellement déchargée, des chutes de température relativement élevées et par conséquent, des flux thermiques importants. Ceci également contribue de façon connue à une réduction du volume construit et days at a certain temperature regardless of the capacity of accumulation, especially at the temperature of use and melting of the stored material. Thus, even when the storage capacity is partially discharged, relatively high temperature drops and therefore large thermal flows. This also contributes in a known way to a reduction of the built volume and
des frais.expenses.
Dans ce qui suit, l'invention est encore In what follows, the invention is still
brièvement expliquée à l'aide de trois exemples d'exécu- briefly explained with the help of three examples of
tion illustrés par des figures. Celles-ci représentent: - Figure 1, en coupe longitudinale, un premier exemple d'exécution d'un échangeur thermique à illustrated by figures. These represent: - Figure 1, in longitudinal section, a first example of execution of a heat exchanger to
accumulateur conforme à l'invention, avec de l'eau in- accumulator according to the invention, with water
dustrielle comme agent accumulateur. as an accumulating agent.
- Figure 2, en coupe, un autre exemple d'exécution d'un échangeur thermique à accumulateur, avec comme agent accumulateur un matériau emmagasinant - Figure 2, in section, another embodiment of an accumulator heat exchanger, with as storage agent a storage material
la chaleur latente.latent heat.
- Figure 3, en coupe longitudinale, un fragment d'un tube thermique de la zone de transition, tel qu'il est utilisé dans les échangeurs thermiques à - Figure 3, in longitudinal section, a fragment of a thermal tube of the transition zone, as used in heat exchangers to
accumulation représentés sur les figures 1 ou 2. accumulation shown in Figures 1 or 2.
- Figure 4, en coupe, un autre exemple d'exé- - Figure 4, in section, another example of
cution d'un échangeur de chaleur à accumulation confor- the production of a heat exchanger with accumula-
me à l'invention, avec les zones thermiques résistant me to the invention, with the resistant thermal zones
a la pression.with pressure.
Les échangeurs thermiques à accumulateurs conformes à l'invention et représentés sur les figures 1 et 2 présente un réservoir d'accumulation 2 subdivisé par des cloisons intermédiaires thexmo-isolantes 7 et The heat exchangers with accumulators in accordance with the invention and represented in FIGS. 1 and 2 have an accumulation tank 2 subdivided by thermo-insulating intermediate partitions 7 and
7', en plusieurs zones d'accumulation de chaleur repé- 7 ', in several zones of heat accumulation repre-
rées de 11 à 16 et de Il' à 16'. Le réservoir d'accu- from 11 to 16 and from 11 'to 16'. The storage tank
mulation 2 est pourvu par ailleurs, pour éviter de cé- mulation 2 is also provided, in order to avoid
der de la chaleur à l'environnement extérieur, équipé d'une isolation thermique 1. Au-dessous du réservoir d'accumulation 2, est disposé un conduit 17 inséré dans from the heat to the external environment, equipped with thermal insulation 1. Below the storage tank 2, is disposed a conduit 17 inserted in
l'isolation thermique 1 et séparé du réservoir d'accumu- thermal insulation 1 and separated from the storage tank
lation 2 lui-même par une autre cloison isolante 180 Ce dispositif thermoisolant a pour objet d'empêcher un reflux thermique de gagner, en cas d'inversion de la chute de température et à partir du côté secondaire de l'échangeur thermique à accumulation, le côté primaire The purpose of this thermosolant device is to prevent thermal reflux from gaining, in the event of reversal of the temperature drop, and from the secondary side of the heat exchanger with accumulation, the primary side
(17). Le conduit débiteur de chaleur situé c6té primai- (17). The heat supply duct located next to the
re s'élargit en chambre et est équipé, à ses deux ex- It is expanded into a room and is equipped, with its two ex-
trémités, de raccords 5 et 6 servant respectivement à l'alimentation et au retour. Il sera parlé plus loin des pièces internes du conduit portant les repères 21, 23 et 24. Le réservoir d'accumulation 2 est traversé tremities, connectors 5 and 6 serving respectively for feeding and return. It will be discussed further from the internal parts of the duct bearing pins 21, 23 and 24. The accumulation tank 2 is crossed
par le conduit absorbeur de chaleur 9 (du c8té secon- by the heat-absorbing duct 9 (on the secondary side
daire) ou 10 (figure 1 ou 2). Sur l'exemple d'exécu- tion de la figure 1, les cloisons intermédiaires 7 sont dotées, entre les différentes zones thermiques, d'une ouverture de passage 8 réservée à l'eau industrielle emmagasinée comme masse d'accumulation. Les ouvertures de passage de deux cloisons intermédiaires voisines sont disposées avec un certain décalage l'une par rapport à l'autre; il en résulte la constitution d'un conduit dary) or 10 (Figure 1 or 2). In the exemplary embodiment of FIG. 1, the intermediate partitions 7 are provided, between the different heat zones, with a passage opening 8 reserved for industrial water stored as accumulation mass. The passage openings of two adjacent intermediate partitions are arranged with a certain offset with respect to each other; it results in the constitution of a conduit
absorbeur de chaleur dont les méandres traversent tou- a heat absorber whose meanders pass through
tes les zones d'accumulation thermique de Il à 16, con- areas of thermal accumulation from 11 to 16,
duit équipé à ses extrémités, au niveau des zones d'ac- equipped at its ends, at the level of the areas of
cumulation thermique 11 et 16 occupant les positions extrêmes, d'un raccord d'arrivée (3) et d'un raccord de retour (4). Sur l'exemple d'exécution de la figure 2, les deux cloisons intermédiaires 7', sont fermées; les zones-d'accumulation thermique de 11' à 16' ainsi totalement compartimentées les unes par rapport aux autres contiennent comme masse de chaleur latente à différents niveaux de température. Le conduit absorbeur de chaleur 10, équipé du raccord d'arrivée (3) et du raccord de retour (4) se trouve traversé, en tant que canal particulier, par toutes les zones d'accumulation thermiques de 11' à 16' et est en communication avec chacune d'elles par des nervures d'échange de chaleur 19. Aux différentes zones d'accumulation de chaleur de 11 à 16 et de 11' à 16', sont affectés des niveaux de température différents (de T1 à T6) comme l'indique sur la figure 1 les lignes en trait mixte à thermal cumulation 11 and 16 occupying the extreme positions, an inlet connection (3) and a return connection (4). In the embodiment of FIG. 2, the two intermediate partitions 7 'are closed; the 11 'to 16' thermal accumulation zones thus totally compartmentalized with respect to each other contain as latent heat mass at different temperature levels. The heat-absorbing duct 10, equipped with the inlet connection (3) and the return connection (4), is traversed, as a particular channel, by all the thermal accumulation zones from 11 'to 16' and is in communication with each of them by heat-exchanging ribs 19. At the different heat accumulation zones of 11 to 16 and 11 'to 16', different temperature levels (from T1 to T6) are affected. as shown in Figure 1 the dashed lines to
forme de diagramme. Les différentes zones d'accumula- diagram form. The different accumulation zones
tion de chaleur sont atteintes par le conduit absorbeur heat are reached by the absorber duct
de chaleur 9 ou 10 les unes après les autres dans l'or- of heat 9 or 10 one after the other in the
dre croissant des niveaux de température, c'est-à-dire increasing temperature levels, that is to say
que la zone d'accumulation de chaleur 16 ou 16' asso- that the heat accumulation zone 16 or 16 'associates
ciée au niveau de température le plus bas T6 est attein- at the lowest temperature level T6 is reached
te la première par le canal absorbeur de chaleur 9 ou et la zone d'accumulation de chaleur Il ou 11', associée au niveau de température T1 le plus élevé la dernière. Sur l'échangeur de chaleur à accumulation the first by the heat-absorbing channel 9 or and the heat accumulation zone II or 11 'associated with the highest temperature level T1 the last. On the accumulation heat exchanger
conforme à la figure 1, qui utilise de l'eau industriel- according to Figure 1, which uses industrial water
le comme masse accumulatrice de chaleur, l'étagement the like accumulating mass of heat, staging
des températures s'opère de lui-même lors du fonctionne- temperatures occur on its own during the operation of
ment de cet échangeur thermique. Sur l'exemple d'exécu- this heat exchanger. On the example of execu-
tion de la figure 2, qui comporte du matériau accumula- of Figure 2, which includes accumulated material
teur de chaleur latente dans les différentes zones ac- latent heat in the different zones
cumulatrices de chaleur, le point de fusion des diffé- cumulative heat, the melting point of the
rents matériaux prévus pour les zones accumulatrices d materials intended for the accumulator zones of
chaleur est à choisir en fonction des niveaux de tempé- heat is to be chosen according to the temperature levels
ratures recherchés, l'étagement des températures est erations sought, the temperature
donc ici prédéterminé par le choix des matériaux d'ac- so here predetermined by the choice of materials of ac-
cumulation.cumulation.
Pour pouvoir transmettre la chaleur du con- To be able to transmit the heat of the con-
duit 17 absorbeur de chaleur aux différentes zones duit 17 heat absorber to different areas
accumulatrices de chaleur du côté secondaire de l'échan- accumulators of heat on the secondary side of the sample
geur thermique à accumulation en tenant compte de l'éta- thermal storage unit, taking into account the
gement des températures, il est prévu pour chaque zone accumulatrice de chaleur au moins un tube thermique (de temperature, it is provided for each heat accumulator zone at least one heat pipe (from
a à 20b) correspondant chacune à un niveau de tempé- a to 20b) each corresponding to a temperature level
rature (de T% à T6). Chacun des différents tubes thermi- erase (from T% to T6). Each of the different heat pipes
ques présente une partie 21 absorbant la chaleur qui -30 s'étend à l'intérieur du conduit 17 débiteur de chaleur, there is a heat-absorbing portion 21 extending into the heat-conducting conduit 17,
une autre partie 22 du tube thermique, également débi- another part 22 of the thermal tube, also
trice de chaleur, plongeant profondément dans la zone d'accumulation de chaleur correspondante. Pour rendre plus favorable la transmission de chaleur, à l'intérieur du conduit primaire 17, à la partie absorbant la chaleur il heat sink, plunging deep into the corresponding heat storage area. To make the transmission of heat more favorable, inside the primary duct 17, to the heat-absorbing part there is
21 du tube thermique, partie relativement courte, cel- 21 of the thermal tube, a relatively short part, that
le-ci est équipée de plusieurs nervures d'échange thermique 23. Par ailleurs, dans le canal primaire sont prévues, pour éviter les turbulences d'écoulement, en rapport avec la position des cloisons intermédiaires the latter is equipped with several heat exchange ribs 23. Moreover, in the primary channel are provided, to avoid flow turbulence, in relation to the position of the intermediate partitions
7 ou 7' de la partie secondaire de l'échangeur thermi- 7 or 7 'of the secondary part of the heat exchanger
que à accumulation, des tôles déflectrices d'écoulement assurant à travers le canal primaire un écoulement en than flow accumulation, flow deflecting plates ensuring a flow through the primary channel
méandres du fluide débiteur de chaleur. Ainsi, le con- meanders of the heat-generating fluid. Thus, the
duit 17 débiteur de chaleur est en communication, par duit 17 heat debtor is in communication, by
une chaîne de transfert de chaleur agissant unilatéra- a heat transfer chain acting unilaterally
lement en direction du côté secondaire de l'échangeur de chaleur à accumulation, avec les différentes zones towards the secondary side of the storage heat exchanger, with the different zones
d'accumulation de chaleur des divers niveaux de tempé- of heat accumulation at various temperature levels
rature, ces différentes zones étant atteintes par la conduit débiteur de chaleur (indirectement) dans un these different zones being reached by the heat-inducing duct (indirectly) in a
ordre décroissant correspondant au niveau des tempéra- descending order corresponding to the temperature level
tures. Le caloporteur cédant la chaleur atteint donc tures. The coolant yielding the heat therefore reaches
le tube thermique 20a appartenant à la zone d'accumula- the thermal tube 20a belonging to the accumulation zone
tion de chaleur 11 ou 11' ayant le niveau de tempéra- heat 11 or 11 'having the temperature level
ture T1 le plus élevé en premier et, en dernier, le tu- highest T1 level first, and lastly the highest
be thermique 20f de la zone d'accumulation de chaleur 16 ou 16' ayant le niveau de température T6 le plus bas. 20f of the heat storage zone 16 or 16 'having the lowest temperature level T6.
Le fonctionnement de l'accumulateur ther- The operation of the heat accumulator
mique de la figure 1 est le suivant: Le caloporteur Figure 1 is as follows: Heat transfer fluid
cédant la chaleur et le caloporteur absorbant la cha- yielding the heat and coolant absorbing the heat
leur viennent au contact d'échange de chaleur selon -le principe du contre-courant, les tubes thermiques et la cloison thermo-isolante 18 faisant en sorte toutefois, que le transfert thermique s'opère uniquement dans un sens, à savoir du côté primaire au c8té secondaire. Le they come into contact with heat exchange according to the principle of the countercurrent, the heat pipes and the heat-insulating partition 18 making sure, however, that the heat transfer takes place only in one direction, namely on the primary side on the secondary side. The
réservoir d'accumulation étant divisé en plusieurs zo- storage tank being divided into several
nes d'accumulation thermique, isolées les unes des au- of thermal accumulation, isolated from each other
tres au plan thermique, il se produit dans le calopor- thermally, it occurs in the heat
teur, du côté secondaire, a la condition que la tra- on the secondary side, provided that the
versée du réservoir d'accumulation s'opère en quasi- poured from the storage tank takes place in
stagnation, un étagement de température dans le réser- stagnation, a temperature rise in the tank
voir d'accumulation, de sorte qu'à chaque zone accumu- see accumulation, so that at each accumulated zone
latrice de chaleur, se trouve affecté un niveau de latrice of heat, is assigned a level of
température différent. Le niveau de température supé- different temperature. The higher temperature level
rieur T1 se situe très légèrement au-dessous de la tem- T1 is very slightly below the
pérature du caloporteur cédant la chaleur durant le temps o le niveau de température supérieur pourrait coolant temperature giving up heat during the time when the higher temperature level could
se former. Si, pour une raison quelconque, la tempéra- form. If, for any reason, the temperature
ture d'entrée du caloporteur débiteur de chaleur des- inlet of the heat-carrying coolant of
cend au-dessous du niveau de température T1 dans la zone accumulatrice de chaleur 11 et se stabilise, par exemple, à un niveau se situant légèrement au-dessus du niveau de température T3 de la zone accumulatrice de chaleur 13, alors la baisse de température s'est, par rapport aux deux premières zones accumulatrices de chaleur 11 et 12, inversée du côté secondaire au côté primaire de l'échangeur thermique à accumulation. Les reaches below the temperature level T1 in the heat accumulating zone 11 and stabilizes, for example, at a level slightly above the temperature level T3 of the heat accumulating zone 13, then the temperature drop compared to the first two heat accumulator zones 11 and 12, it is reversed from the secondary side to the primary side of the storage heat exchanger. The
tubes thermiques 20a et 20b sont plus fortement réchauf- heat pipes 20a and 20b are more strongly heated up
fés dans leur partie supérieure que dans leur partie inférieure. Par ailleurs, la cloison du réservoir à accumulation 2 est plus chaude dans le secteur des deux premières zones accumulatrices que le caloporteur in their upper part than in their lower part. Moreover, the partition of the storage tank 2 is hotter in the sector of the first two accumulator zones than the coolant
débiteur de chaleur dans le conduit 17. La cloison iso- heat sink in duct 17. Isolation wall
lante 18 empêche un'reflux thermique allant du côté secondaire au côté primaire au travers de la paroi du réservoir. Les tubes thermiques étant revêtus, sur leur face intérieure 25 à conformation lisse dans la zone de transition, d'une garniture de chrome 26 ou de PT E 27 hydrophobe, un éventuel condensat ne pourrait que s'écouler vers le bas, par gravité. Une remontée du condensat dans les parties supérieures 22 des tubes thermiques est empêchée par l'absence d'une structure Lante 18 prevents heat flow from the secondary side to the primary side through the tank wall. As the heat pipes are coated, on their smooth inner face in the transition zone, with a chromium lining 26 or hydrophobic PT E 27, any condensate could only flow downwards by gravity. A rise of the condensate in the upper parts 22 of the heat pipes is prevented by the absence of a structure
capillaire. En chute de température inversée, le conden- capillary. In reversed temperature fall, the condensa-
sat se concentre donc en totalité dans la partie infé- sat is therefore concentrated entirely in the lower part of
rieure absorbant la chaleur du tube capillaire et y absorbing the heat of the capillary tube and
demeure; le circuit de caloporteur permettant un trans- remains; the coolant circuit allowing a trans-
* fert thermique à l'intérieur du tube thermique est alors interrompu. Un reflux thermique à partir des deux premières zones d'accumulation thermique Il et 12* Thermal fertility inside the thermal tube is then interrupted. A thermal reflux from the first two thermal accumulation zones II and 12
sur le côté primaire de l'échangeur est de ce fait ex- on the primary side of the exchanger is therefore ex-
clu. Ce n'est que lorsqu'il y a consommation de l'eau emmagasinée dans les zones d'accumulation thermique que clu. Only when there is consumption of water stored in thermal accumulation zones
leur température baisse progressivement jusqu'au ni- their temperature gradually decreases until
veau de température le plus haut finalement alimentédl Calf of highest temperature finally fed
c8té primaire (dans l'exemple choisi, le niveau de tem- primary school (in the example chosen, the tempera-
pérature T^). Ce n'est également que lorsque dans les zones Il et 12, règne une température plus basse qu'à l'entrée du conduit chauffant 17 que peut à nouveau se produire dans le secteur des parties chauffantes des T ^). It is also only when, in zones 11 and 12, there is a lower temperature than at the entrance to the heating duct 17, that can again occur in the sector of the heating parts of the
tubes 20a et 20b une condensation du fluide de trans- 20a and 20b, a condensation of the transmission fluid
fert thermique en phase vapeur à l'intérieur des tubes, thermal vapor phase inside the tubes,
et par conséquent un transfert thermique du côté primai- and therefore a heat transfer on the primary side
re au côté secondaire de l'échangeur. La température to the secondary side of the exchanger. Temperature
d'entrée continuant a baisser dans le fluide calopor- of entry continuing to fall in the fluid calopor
teur chauffant du c6té primaire de l'échangeur, ce heater on the primary side of the heat exchanger, this
processus se renouvelle en conséquence; les zones d'ac- process is renewed accordingly; areas of
cumulation thermique dont la température se situe au- thermal cumulation whose temperature is
dessus de la température d'entrée côté primaire peuvent encore être "utilisées à vide" sans qu'intervienne à partir du côté secondaire, un reflux thermique vers le above the inlet temperature on the primary side can still be "used empty" without intervening from the secondary side, a thermal reflux towards the
côté primaire. Ce n'est que lorsque les zones d'accu- primary side. Only when the areas of
mulation thermique dont la température de service se situe au-dessus de la température d'entrée sont ramenées, the temperature of service above the inlet temperature are reduced,
par une consommation appropriée, à la température d'en- by appropriate consumption, at the temperature of
trée qu'a lieu à nouveau un transfert thermique du cô- a new thermal transfer of the
té primaire au côté secondaire. Les zones d'accumula- primary tee at the secondary side. The accumulation zones
tion thermique sont donc stabilisées sur la température temperature are thus stabilized on the temperature
d'entrée côté primaire la plus élevée correspondante. the highest corresponding primary side input.
Lorsqu'il y a abaissement de la température côté pri- When there is a lowering of the temperature on the
maire, il reste toujours à disposition un certain vo- mayor, there is still some
lume emmagasiné, volume se trouvant au plus haut ni- lume stored, volume at the highest ni-
veau de température finalement obtenu. temperature calf finally obtained.
Le fonctionnement de l'échangeur thermique à accumulation de la figure 2, qui utilise un matériau The operation of the storage heat exchanger of Figure 2, which uses a material
accumulateur de chaleur latente, est tout à fait ana- latent heat accumulator, is quite ana-
logue. Les différentes couches de température et zones d'accumulation thermique sont également ici, si l'on logue. The different temperature layers and thermal accumulation zones are also here, if one
fait exception de certains ponts thermiques inévita- exception of some unavoidable thermal bridges
bles, isolées entre elles au plan échange de chaleur. isolated between them in the heat exchange plan.
- Les différentes zones du côté secondaire peuvent, du - The different areas of the secondary side may, from
fait de la consommation d'eau et lorsque la températu- water consumption and when the temperature is
re primaire baisse, être les unes après les autres, en commençant par l'accumulateur ayant la température de service la plus élevée, 8tre "utilisées à vide", le niveau de température, toutefois, se maintenant au point de transformation de phase aussi longtemps que Primary re-decline, one after the other, starting with the accumulator having the highest service temperature, being "used idle", the temperature level, however, staying at the phase transformation point as long than
du matériau liquide demeure encore, lors du refroidis- liquid material still remains, when cooling
sement, dans la zone d'accumulation thermique. Ce n'est in the thermal accumulation zone. It's not
que lorsque le matériau accumulateur de chaleur laten- when the heat accumulating material laten-
te est passé entièrement en phase solide que la tempé- has passed entirely into the solid phase
rature commence à baisser à l'intérieur d'une zone d'accumulation thermique. L'étagement de température prédéterminé par la sélection du matériau se maintient donc plus longtemps qu'avec l'exemple d'exécution de la erature begins to fall within a thermal accumulation zone. The temperature range predetermined by the selection of the material is thus maintained longer than with the example of execution of the
figure 1; par ailleurs à encombrement égal de cons- figure 1; Moreover, with equal
truction, la capacité d'accumulation est plus grande à l'intérieur d'une zone d'accumulation thermique, car l'énergie de transformation de phase est emmagasinée truction, the accumulation capacity is greater inside a thermal accumulation zone, since the phase transformation energy is stored
en tant qu'apport important.as an important contribution.
L'échangeur thermique à accumulation en exécution résistante à la pression que représente la figure 4 est constitué sur le modèle de l'échangeur dela figure 1; la masse accumulatrice de chaleur est ici un liquide d'usage courant, de l'eau par exemple. Les The storage heat exchanger in the pressure-resistant embodiment shown in FIG. 4 is constituted on the model of the exchanger of FIG. 1; the accumulating mass of heat is here a liquid of common use, water for example. The
différentes zones d'accumulation de chaleur (deux seu- different heat accumulation zones (only two
lement sont représentées sur la figure 4) sont consti- are shown in Figure 4) are
tuées, dans la partie secondaire de l'échangeure, en réservoir à pression 30 en forme de bouteille pouvant supporter sans autres dispositions la pression de killed, in the secondary part of the exchanger, in a pressure tank 30 in the form of a bottle which can withstand the pressure of
l'eau industrielle. Sur l'exemple d'exécution représen- industrial water. On the representative execution example
té icig la liaison d'échange thermique dans un seul sens entre le cÈté primaire et le côté secondaire de l'échangeur thermique à accumulation est constituée par un faisceau de tubes 31 pouvant s'introduire dans le réservoir à pression par une ouverture 32 relativement largement dimensionnée. Les différents réservoirs à pression sont en liaison les uns avec les autres par une tuyauterie 34 pouvant être raccordée à la partie supérieure d'un réservoir à pression et débouchant à The single-way heat exchange link between the primary side and the secondary side of the storage heat exchanger is constituted by a bundle of tubes 31 which can be introduced into the pressure tank via an opening 32 relatively widely. sized. The different pressure tanks are connected to each other by a pipe 34 which can be connected to the upper part of a pressure tank and opening to
la partie inférieure du réservoir à pression voisin. the lower part of the neighboring pressure tank.
Au-dessous de l'ouverture d'introduction 32, est prévu Below the insertion opening 32 is provided
comme partie primaire de l'échangeur thermique à accu- as the primary part of the heat exchanger
mulation un échangeur thermique en forme de caisson dans lequel pénètre côté absorption de chaleur, le faisceau tubulaire. Les différents échangeurs thermiques 35 du mulation a box-shaped heat exchanger in which absorbs heat-absorbing side, the tubular bundle. The various heat exchangers 35 of the
côté primaire associés aux zones d'accumulation thermi- primary side associated with thermal accumulation zones
que ou réservoirs à pression sont en liaison les uns avec les autres par de courtes tuyauteries 36. Pour éviter les pertes de chaleur à l'extérieur ainsi qu'un échange de chaleur fortuit entre côté secondaire et côté primaire, les réservoirs à pression 30 et les or pressure vessels are connected to each other by short pipes 36. To prevent heat loss to the outside and a fortuitous heat exchange between secondary side and primary side, the pressure tanks 30 and the
échangeurs thermiques en forme de caisson 35 sont entou- box-shaped heat exchangers 35 are
rés d'une isolation thermique 37 ou 38; les pièces men- with thermal insulation 37 or 38; the coins
tionnées peuvent être calorifugées à la mousse à l'inté- may be insulated with foam in the
rieur, par exemple, d'un coffrage approprié. Chaque ré- for example, appropriate formwork. Each meeting
servoir à pression-peut être installé verticalement sur des supports 39, lesquels toutefois doivent dans toute la mesure du possible être raccordés mécaniquement pressure vessel-may be installed vertically on supports 39, which, however, must as far as possible be mechanically connected
au réservoir à pression sans formation de ponts ther- pressure tank without forming thermal bridges
miques. La répartition en un faisceau tubulaire des tubes thermiques (troisième exemple d'exécution) a été nomic. The tubular bundle distribution of the heat pipes (third example of execution) was
prévue pour augmenter la surface de transmission ther- intended to increase the thermal transmitting
mique de la masse accumulatrice de chaleur et du sec- teur chauffant des tubes dans la partie secondaire de l'échangeur de chaleur à accumulation. Dans la of the heat accumulating mass and the heating sector of the tubes in the secondary part of the storage heat exchanger. In the
partie secondaire, on ne peut compter, sur la face ex- secondary part, one can not count on the ex-
térieure des tubes, que sur une faible convection, donc sur un faible transfert thermique. Sur les accumulateurs de chaleur latente, en particulier, qui sont conformes tubes, only on a weak convection, so on a weak heat transfer. On latent heat accumulators, in particular, which comply
au modèle de la figure 2, une grande surface de trans- model in Figure 2, a large area of trans-
mission de chaleur dans la partie chauffante des tubes est importante car dans ces cas d'emploi, les matériaux accumulateurs de chaleur latente sont temporairement ou partiellement solides, ou au moins d'une consistance très visqueuse, de sorte qu'une convection libre ne peut avoir lieu; la transmission de chaleur s'opère Heat mission in the heating part of the tubes is important because in these use cases, the latent heat accumulator materials are temporarily or partially solid, or at least of a very viscous consistency, so that a free convection can not take place; heat transfer takes place
ici presqu'exclusivement par conductibilité. Pour aug- here almost exclusively by conductivity. To increase
menter l'échange thermique, il est donc utile que les tubes décrivant des méandres et/ou soient répartis en the heat exchange, it is therefore useful that the tubes describing meanders and / or be divided into
faisceau, et/ou soient équipés de nervures ou de protu- beam, and / or be equipped with ribs or protectors
bérances facilitant l'échange thermique. - beries facilitating the thermal exchange. -
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