FR2725499A1

FR2725499A1 - Building heating circuit installation

Info

Publication number: FR2725499A1
Application number: FR9412256A
Authority: FR
Inventors: Michel Rerolle
Original assignee: GENEFREU SOC
Current assignee: GENEFREU SOC
Priority date: 1994-10-10
Filing date: 1994-10-10
Publication date: 1996-04-12
Anticipated expiration: 2014-10-10
Also published as: FR2725499B1

Abstract

The heating circuit comprises passive heat transfer ducts (2) filled with a two phase heat carrying fluid located on either side the enclosure to be heated. Each duct comprises an evaporator (3), located outside the enclosure, and several condensers (41-43) inside the enclosure. An adiabatic circuit (5) connects the evaporator outlet and the condenser inlets. A heat source (6) located outside the enclosure provides heat to the evaporator. Radiant heaters (71,73) located in the enclosure are thermally connected to the condenser.

Description

La présente invention concerne le chauffage d'un bâtiment, et plus particulièrement d'un bâtiment à usage industriel, par exemple d'un atelier. The present invention relates to the heating of a building, and more particularly of a building for industrial use, for example a workshop.

Conformément au document WO-A-82 03680, on a déjà décrit et proposé une installation de chauffage par caloduc d'une enceinte, comprenant
- un module de transfert thermique passif, du type
thermosiphon, formant un volume clos rempli avec un
fluide caloporteur diphasique (phases
liquide plus phase vapeur), disposé de part et
d'autre de l'enceinte à chauffer, comprenant
lui-même au moins un vaporiseur disposé par exemple
à l'extérieur de l'enceinte à chauffer, au moins un
condenseur disposé dans l'enceinte à chauffer, et un
circuit adiabatique reliant la sortie du vaporiseur
et l'entrée du condenseur, agencé, en particulier en
ce qui concerne le niveau du condenseur par rapport
à celui du vaporiseur, pour assurer le passage du
fluide caloporteur vaporisé, du vaporiseur au
condenseur, et le retour à contre-courant du fluide
caloporteur condensé, du condenseur au vaporiseur
- une source chaude disposée à l'extérieur de
l'enceinte à chauffer, en échange de chaleur avec le
vaporiseur
- et des moyens de chauffage par convection, disposés
dans l'enceinte à chauffer, liés thermiquement, par
exemple par conduction, avec le condenseur.In accordance with document WO-A-82 03680, a heat pipe heating installation of an enclosure has already been described and proposed, comprising
- a passive heat transfer module, of the type
thermosiphon, forming a closed volume filled with a
two-phase heat transfer fluid (phases
liquid plus vapor phase), arranged on the
other side of the enclosure to be heated, comprising
itself at least one vaporizer arranged for example
outside the enclosure to be heated, at least one
condenser arranged in the enclosure to be heated, and a
adiabatic circuit connecting the vaporizer outlet
and the inlet of the condenser, arranged, in particular in
regarding the level of the condenser compared
to that of the vaporizer, to ensure the passage of the
vaporized heat transfer fluid, from vaporizer to
condenser, and the back flow of the fluid
condensed coolant, from condenser to vaporizer
- a hot spring placed outside
the enclosure to be heated, in exchange for heat with the
vaporizer
- and convection heating means, arranged
in the enclosure to be heated, thermally bonded, by
example by conduction, with the condenser.

La présente invention a pour objet une installation par caloduc, telle que précédemment définie, permettant de chauffer un bâtiment, sans mettre en oeuvre de sources de chaleur à température relativement élevée. The subject of the present invention is a heat pipe installation, as defined above, making it possible to heat a building, without using heat sources at relatively high temperature.

La présente invention a donc pour objet une installation de chauffage susceptible en particulier d'être mise en oeuvre en atmosphère explosible.The present invention therefore relates to a heating installation capable in particular of being implemented in an explosive atmosphere.

Conformément à l'invention, le condenseur et les moyens de chauffage sont disposés dans la partie haute du bâtiment. Ces moyens comprennent au moins une structure radiative, agencée pour rayonner thermiquement vers le bas. Et le fluide caloporteur et la pression interne dans le module de transfert thermique passif sont déterminés pour établir en fonctionnement dans le condenseur une température prédéterminée comprise entre llO"C et 2500C, et de préférence comprise entre 140"C et 1600C, par exemple 1500C. According to the invention, the condenser and the heating means are arranged in the upper part of the building. These means comprise at least one radiative structure, arranged to radiate thermally downwards. And the heat transfer fluid and the internal pressure in the passive thermal transfer module are determined to establish in operation in the condenser a predetermined temperature between 110 ° C. and 2500C, and preferably between 140 "C and 1600C, for example 1500C.

Grâce à l'invention, il est donc possible d'obtenir, de manière simple et économique, des moyens de chauffage radiants à basse température, totalement séparés de toute source de chaleur à température relativement élevée, et préservant en conséquence la sécurité du bâtiment, en particulier dans le cas d'une atmosphère explosible ou inflammable, susceptible d'être présente dans ledit bâtiment ou atelier. Thanks to the invention, it is therefore possible to obtain, in a simple and economical manner, radiant heating means at low temperature, totally separated from any heat source at relatively high temperature, and consequently preserving the safety of the building, in particular in the case of an explosive or flammable atmosphere, which may be present in said building or workshop.

La présente invention est maintenant décrite par référence au dessin annexé, dans lequel
- la figure 1 représente de manière schématique, avec
arrachement partiel, un bâtiment équipé d'une
installation de chauffage conforme à la présente
invention
- la figure 2 représente, toujours de manière
schématique, un module de transfert thermique
passif, appartenant à l'installation de chauffage
représentée à la figure 1 ;
- la figure 3 représente, en coupe selon la ligne
III-III de la figure 2, les moyens de chauffage
appartenant au module de transfert thermique passif
représenté à la figure 2.The present invention is now described with reference to the accompanying drawing, in which
- Figure 1 shows schematically, with
partial uprooting, a building equipped with a
heating installation in accordance with this
invention
- Figure 2 shows, still so
schematic, a heat transfer module
passive, belonging to the heating installation
shown in Figure 1;
- Figure 3 shows, in section along the line
III-III of Figure 2, the heating means
belonging to the passive heat transfer module
shown in figure 2.

Conformément à la figure 1, on a représenté un bâtiment 14, dont le toit a été retiré pour les besoins du dessin, et comportant un mur 15, délimitant à l'intérieur une enceinte 1 à chauffer. Selon la longueur du bâtiment 14, plusieurs (en l'occurrence quatre) modules 2 de transfert thermique passifs conformes à l'invention, sont distribués, de manière à assurer un chauffage homogène de l'intérieur du bâtiment. Le mur d'enceinte 15 est schématisé à la figure 2 selon un trait mixte. According to Figure 1, there is shown a building 14, the roof has been removed for the purposes of the drawing, and having a wall 15, delimiting inside an enclosure 1 to be heated. Depending on the length of the building 14, several (in this case four) passive thermal transfer modules 2 in accordance with the invention are distributed, so as to ensure uniform heating of the interior of the building. The surrounding wall 15 is shown diagrammatically in FIG. 2 in a dashed line.

Conformément à la figure 2, chaque module 2 de transfert thermique passif forme un volume clos rempli avec un fluide caloporteur diphasique, en l'occurrence de l'eau sous forme liquide et vapeur. Chaque module 2 est disposé de part et d'autre du mur 15 de l'enceinte à chauffer 1, et comprend de manière générale
- un vaporiseur 3 disposé à l'extérieur du
bâtiment 14, et plus précisément à l'intérieur d'un
conduit 8 calorifugé de circulation d'une veine
gazeuse à haute température
- trois condenseurs 41, 42 et 43, alimentés par un
même distributeur 13, disposés dans l'enceinte 1, et
plus particulièrement en haut du bâtiment 14, sous
le toit (non représenté), et en suivant
approximativement la pente de ce dernier
- un circuit ou tuyau adiabatique 5 reliant la
sortie 3a du vaporiseur 3 et les entrées 41a, 42a
et 43a des condenseurs 41, 42 et 43 respectivement,
par l'intermédiaire du distributeur 13, ledit
circuit étant agencé pour assurer le passage du
fluide caloporteur vaporisé, du vaporiseur 3 aux
condenseurs précités, et le retour à contre-courant
du fluide caloporteur condensé, des condenseurs 41
à 43 au vaporiseur 3.In accordance with FIG. 2, each passive heat transfer module 2 forms a closed volume filled with a two-phase heat transfer fluid, in this case water in liquid and vapor form. Each module 2 is arranged on either side of the wall 15 of the enclosure to be heated 1, and generally comprises
- a vaporizer 3 arranged outside the
building 14, and more specifically inside a
duct 8 insulated circulation of a vein
high temperature gas
- three condensers 41, 42 and 43, supplied by a
same distributor 13, arranged in enclosure 1, and
more particularly at the top of building 14, under
the roof (not shown), and following
approximately the slope of the latter
- an adiabatic circuit or pipe 5 connecting the
outlet 3a of vaporizer 3 and inputs 41a, 42a
and 43a of the condensers 41, 42 and 43 respectively,
through the distributor 13, said
circuit being arranged to ensure the passage of the
vaporized heat transfer fluid, from vaporizer 3 to
aforementioned condensers, and the counter-current return
condensed heat transfer fluid, condensers 41
to 43 by spray 3.

Le conduit calorifugé 8 de circulation de la veine gazeuse à haute température, constitue une source chaude 6 commune à tous les modules 2 de transfert thermique passifs. A cette fin, les vaporiseurs 3 des quatre modules 2 de transfert thermique sont disposés, dans le conduit calorifugé 8, en échange de chaleur avec la veine gazeuse circulant dans ce dernier. Un brûleur 9, par exemple d'un gaz combustible, est disposé à une extrémité du conduit de circulation 8, en amont de tous les vaporiseurs 3. Ainsi, avec aspiration d'air ambiant de l'atmosphère, une veine gazeuse à haute température circule dans le conduit 8, dans la direction et le sens établis par les flèches 16. The thermally insulated duct 8 for circulation of the gas stream at high temperature constitutes a hot source 6 common to all the passive heat transfer modules 2. To this end, the vaporizers 3 of the four thermal transfer modules 2 are arranged in the heat-insulated conduit 8, in exchange for heat with the gas stream circulating in the latter. A burner 9, for example of a combustible gas, is disposed at one end of the circulation duct 8, upstream of all the vaporizers 3. Thus, with suction of ambient air from the atmosphere, a gas stream at high temperature flows in the conduit 8, in the direction and direction established by the arrows 16.

Conformément à la figure 2, chaque module 2 de transfert thermique passif comprend des moyens de chauffage 71, 72 et 73, consistant chacun en une structure radiative agencée pour rayonner thermiquement vers le bas, et disposés dans la partie haute du bâtiment 14 ou enceinte à chauffer 1, en étant liés thermiquement, par exemple par conduction, avec respectivement les condenseurs 41, 42 et 43 précédemment décrits. Plus précisément, comme montré aux figures 1 et 3, chaque condenseur 41 ou 42 ou 43 comprend un tube fermé à une extrémité 41a, ou 42b, ou 43b, et deux ailes métalliques 71a et 71b, ou 72a et 72b, ou 73a et 73b, disposées de part et d'autre du tube précité et reliés thermiquement par conduction à ce dernier.Comme montré à la figure 3, des moyens 10 d'isolation thermique, associés à une surface réfléchissante 11, sont disposés au-dessus des condenseurs 41 à 43 et des structures radiatives 71 à 73, d'un même module 2 de transfert thermique passif. In accordance with FIG. 2, each passive heat transfer module 2 comprises heating means 71, 72 and 73, each consisting of a radiative structure arranged to radiate thermally downward, and arranged in the upper part of the building 14 or enclosure to heat 1, being thermally linked, for example by conduction, with the condensers 41, 42 and 43 respectively described above. More specifically, as shown in Figures 1 and 3, each condenser 41 or 42 or 43 comprises a tube closed at one end 41a, or 42b, or 43b, and two metal wings 71a and 71b, or 72a and 72b, or 73a and 73b , arranged on either side of the aforementioned tube and thermally connected by conduction to the latter. As shown in FIG. 3, means 10 of thermal insulation, associated with a reflecting surface 11, are arranged above the condensers 41 to 43 and radiative structures 71 to 73, of the same module 2 of passive thermal transfer.

Le vaporiseur 3 de chaque module 3 de transfert thermique comprend, d'une part un tube 12 fermé à une extrémité 12a, disposé transversalement, par exemple verticalement dans le conduit 8 de circulation de la veine gazeuse à haute température, et d'autre part une pluralité d'ailettes 13 disposées perpendiculairement à l'axe du tube fermé 12. The vaporizer 3 of each heat transfer module 3 comprises, on the one hand a tube 12 closed at one end 12a, arranged transversely, for example vertically in the duct 8 for circulation of the gas stream at high temperature, and on the other hand a plurality of fins 13 arranged perpendicular to the axis of the closed tube 12.

Il résulte de la description précédente que chaque module 2 de transfert thermique passif se comporte en thermosiphon, comprenant le vaporiseur 3, à une extrémité et à un niveau bas, et trois condenseurs 41 à 43, disposés avec leurs structures radiatives 71 à 73 respectives, à l'autre extrémité et à un niveau haut. Le vaporiseur 3 et les condenseurs précités sont reliés entre eux par le conduit 5 adiabatique et le distributeur 13, pour assurer une montée de la phase vapeur (selon la flèche en pointillés), et une descente à contre-courant (selon la flèche en traits pleins) de la phase liquide du fluide caloporteur. It follows from the above description that each passive heat transfer module 2 behaves as a thermosyphon, comprising the vaporizer 3, at one end and at a low level, and three condensers 41 to 43, arranged with their respective radiative structures 71 to 73, at the other end and at a high level. The vaporizer 3 and the aforementioned condensers are connected to each other by the adiabatic conduit 5 and the distributor 13, to ensure an increase in the vapor phase (according to the dotted arrow), and a descent against the current (according to the arrow in lines) full) of the liquid phase of the heat transfer fluid.

Conformément à la présente invention, le fluide caloporteur et la pression interne dans chaque module 2 de transfert thermique passif sont déterminés pour établir en fonctionnement
- dans le condenseur, une température prédéterminée
comprise entre llO"C et 2500C, et de préférence
comprise entre 140"C et 1600C, par exemple 1500C
- et dans le vaporiseur 3, une température comprise
entre 4000C et 6000C, et de préférence comprise
entre 4500C et 5500C, par exemple 5000C.According to the present invention, the heat transfer fluid and the internal pressure in each module 2 of passive thermal transfer are determined to establish in operation
- in the condenser, a predetermined temperature
between 110 ° C and 2500C, and preferably
between 140 "C and 1600C, for example 1500C
- and in the vaporizer 3, a temperature included
between 4000C and 6000C, and preferably between
between 4500C and 5500C, for example 5000C.

Préférentiellement, le dimensionnement de chaque module 2 de transfert thermique répond aux caractéristiques suivantes
- le volume clos étant au maximum égal à 25 litres, la
section de passage du circuit ou tuyau adiabatique 5
est comprise entre 3 et 4 cm
- la longueur hors tout du module 2, c'est-à-dire
développée du vaporiseur 3 aux condenseurs 41 à 43,
est inférieure ou égale à 15 m. Preferably, the dimensioning of each thermal transfer module 2 meets the following characteristics
- the closed volume being at most equal to 25 liters, the
circuit passage section or adiabatic pipe 5
is between 3 and 4 cm
- the overall length of module 2, i.e.
developed from the vaporizer 3 to the condensers 41 to 43,
is less than or equal to 15 m.

Claims

CLAIM8

1) Installation for heating an enclosure (1), by heat pipe, comprising

(a) a passive heat transfer module (2),

forming a closed volume filled with a fluid

two-phase coolant, arranged on both sides

of the enclosure (1), comprising at least one

vaporizer (3) arranged for example outside

of the enclosure, at least one condenser (41,42,43)

arranged in the enclosure, and a circuit (5)

adiabatic connecting the outlet (3a) of the

vaporizer (3) and the inlet (41a, 42a, 43a) of the

condenser, arranged to ensure the passage of the

vaporized heat transfer fluid, from vaporizer to

condenser, and the return of the heat transfer fluid

condensed, from condenser to vaporizer;

(b) a hot spring (6) disposed outside of

the enclosure (1), in exchange for heat with the

vaporizer (3) ;;

(c) heating means (71,72,73) arranged in

said enclosure (1), thermally linked with the

condenser (41,42,43), characterized in that, the enclosure (1) consisting of a building to be heated, the condenser (41,42,43) and the heating means (71,72,73) are arranged in the upper part of the building, and these comprise at least one radiative structure (71,72,73), arranged to radiate thermally downwards, while the heat transfer fluid and the internal pressure in the module (2) of thermal transfer passive are determined to establish in operation in the condenser a predetermined temperature between 1100C and 250 "C, and preferably between 140" C and 1600C, for example 1500C.

2) Installation according to claim 1, characterized in that the heat transfer fluid, and the internal pressure in the module (2) heat transfer are also determined to establish in operation in the evaporator (3) a temperature between 4000C and 6000C , and preferably between 4500C and 5500C, for example 500 "C.

3) Installation according to claim 1, characterized in that the module (2) of passive thermal transfer is arranged as a thermosiphon, whereby the vaporizer (3) is arranged at a level lower than that of the condenser (41,42,43) , and the adiabatic circuit (5) comprises one or more pipes for raising the vapor phase, and descending against the current of the liquid phase of the heat transfer fluid.

4) Installation according to claim 1, characterized in that the hot source (6) comprises a thermally insulated conduit (8) for circulation of a gas stream at high temperature, in which the vaporizer (3) is arranged in exchange for heat with said gas stream.

5) Installation according to claim 1, characterized in that a burner (9), for example of a combustible gas, is disposed at one end of the circulation duct (8) upstream of the vaporizer (3).

6) Installation according to claim 1, characterized in that means (10) of thermal insulation, possibly reflecting (11), are arranged above the condenser (41,42,43) and the radiative structure (71, 72.73).

7) Installation according to claim 1, characterized in that the condenser (41,42,43) comprises a tube closed at one end (41b, 42b, 43b) and two wings (71a, 71b, 72a, 72b, 73a, 73b ) arranged on either side of said tube, thermally connected by conduction to the latter.

8) Installation according to claims 1 and 4, characterized in that the vaporizer (3) comprises, on the one hand at least one tube (12) closed at one end (12a) disposed transversely, for example vertically, in the duct ( 8) circulation of the gas stream at high temperature, and on the other hand a plurality of fins (13) arranged perpendicular to the axis of the closed tube (12).

9) Installation according to claim 1, characterized in that the module (2) of passive thermal transfer comprises, at one end a vaporizer (3), and at the other end a plurality of condensers (41,42,43) / radiative structures (71,72,73), connected by an adiabatic conduit (5) and a distributor (13) to the condenser (3).

10) Installation according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of modules (2) of passive thermal transfer, distributed along a dimension of the building, for example its length, the vaporizers (3) of the different modules respectively being arranged and distributed in the same conduit (8) for circulation of the gas stream at high temperature.

11) Installation according to claims 1 to 3, characterized in that, for a closed volume of the heat transfer module, at most equal to 25 liters, the passage section of the circuit (5) adiabatic is between 3 and 4 cm.

12) Installation according to claims 1 to 3, characterized in that the overall length of the module (2) of thermal transfer, from the vaporizer (3) to the condenser (41,42,43) is less than or equal to 15 m.