Brevet FR2123459A1 — publié le 19720908

0267Û 1 2123459 L'invention concerne une installation permettant de transporter de la chaleur, comportant un réservoir fermé muni d'un côté d'une première paroi transmettant de la chaleur (appelée par la suite "première paroi") et, de l'autre côté, d'au moins 5 une seconde paroi transmettant de la chaleur (appelée par la suite "seconde paroi"), réservoir qui contient un fluide transportant de la chaleur susceptible d'absorber de la chaleur à travers le première paroi, tout en passant de l'état de liquide à l'état de vapeur et de céder de la chaleur à la seconde paroi, 10 tout en passant de l'état de vapeur à l'état de liquide, ce résa> voir contenant en outre une masse poreuse reliant la première paroi à la seconde paroi de façon que du fluide condensé sur la seconde paroi reflue à travers ladite masse par effet capillaire vers la première paroi. 15 Des installations de ce genre sont connues des brevets américains n° 3*229.759 et 3.402.767• De telles installations permettent de transporter des grandes quantités de chaleur pratiquement sans chute de température, sans utilisation d'un dispositif de pompage et sans autres pièces mobiles. Du fluide liquide 20 transportant de la chaleur et s'évaporant à la première paroi, se déplace à l'- état de vapeur vers la seconde paroi par suite de la plus basse pression de vapeur qui y règne, cette pression étant due à la plus basse température. Ensuite, la vapeur se condense sur la seconde paroi, tout en cédant la chaleur d'évaporation 25 à ladite paroi; après quoi, le condensât peut être ramené à travers le masse poreuse et par effet capillaire, avec utilisation de la tensio-activité du condensât, vers la première paroi pour y être évaporé à nouveau. La masse poreuse assure que dans toutes les conditions 30 le condensât reflue de la seconde paroi vers la première paroi, donc même à 1'encontre de la pesanteur ou même sans pesanteur. D'une façon générale, les masses poreuses sont constituées par des matériaux céramiques, des poudres métalliques frittées, un ensemble de toiles en matériaux en forme de fil ou de bande, 35 des configurations de fibres de verre ou de tuyaux ou de leurs combinaisons. La masse poreuse reliant la première paroi à la seconde peut recouvrir entièrement ou partiellement la surface de la paroi du réservoir. Dans le dernier cas, cette masse peut être ko appliquée à l'intérieur du réservoir de façon à n'entrer en con- 72 02670 2123459 qui tact direct/avec les deux parois transmettant de la chaleur et non avec les autres parois du réservoir. Afin de maintenir la masse poreuse dans le réservoir, il est connu de disposer, dans le réservoir, un ressort à hélice 5 susceptible d'appliquer élastiquement la masse poreuse contre la paroi du réservoir, voir entre autres les figures k et 5 du brevet américain n°. 3-503-438 pour un réservoir comportant une paroi rigide et d'après la figure 6 du "Mechanical Engineering", novembre 19^8, pages 48-53» "Applications of the heat-pipe", 10 pour un réservoir comportant une paroi flexible. Une telle structure présente plusieurs avantages. C'est ainsi que si la masse poreuse est constituée par des couches de toile, celles-ci ne sont pas nécessairement fixées par soudage à la paroi du réservoir. Un soudage par points est difficile à effectuer à l'intérieur 15 du réservoir, surtout si celui-ci présente un petit diamètre. De plus, aux endroits des soudures, la structure de la toile risque d'être endommagée, de sorte qu'il ne peut pas se produire un transport de condensât. Puis, le ressort à hélice peut facilement être monté, du fait qu'il peut être appliqué suivant les courbures 20 ou être enroulé sur un noyau introduit avec le ressort dans le réservoir, après quoi ledit noyau est enlevé du réservoir. Toutefois, il se pose le problème qu'aux températures généralement élevées de fonctionnement de l'installation permettant de transporter de la chaleur, l'élasticité du ressort dé-25 croît sous l'effet desdites températures élevées, phénomène qui peut s'accompagner d'un allongement de forme de telle façon que la force d'application est trop faible et que la masse poreuse se détache de la paroi du réservoir pendant le fonctionnement. De ce fait, la structure capillaire de la masse poreuse peut être 30 endommagée de façon qu'elle n'assure plus le retour du condensât. De plus, le détachement peut se traduire par un blocage, entier ou partiel du canal assurant le transport de la vapeur de fluide par la masse poreuse. Dans les deux cas, le fonctionnement de 1' installation est perturbé et il peut se produire un séchage 35 ayant pour suite la déchirure de la paroi transmettant de la chaleur à laquelle est amenée de la chaleur. Lorsque la masse poreuse se détache également de la dernière paroi, il s'y produit é-galement un séchage du fait que le condensât n'atteint plus ladite paroi ou lorsque le condensât l'atteint, du fait que la pa-40 roi n'est plus uniformément humectée par la masse poreuse. 3 72 02670 2123459 La présente invention vise à fournir une installation permettant de transporter de la chaleur et ne présentant pas ledit inconvénient. L'installation permettant de transporter de la chaleur 5 conforme à l'invention, qui comporte un réservoir fermé dans lequel est disposé un élément élastique susceptible de maintenir la masse poreuse dans le réservoir, est caractérisée en ce que 1' élément élastique est creux et l'enceinte disposée à l'intérieur de l'élément constitue une enceinte fermée contenant un fluide 10 de remplissage, dont la pression est supérieure, au moins à la température de fonctionnement de l'installation, à celle régnant dans le réservoir et sous l'effet de la différence en pression, l'élément élastique exerce sur la masse poreuse une force additionnelle susceptible de maintenir ladite masse dans le réservoir. 15 Ainsi, on a obtenu que lors du fonctionnement de l'ins tallation, lorsque du condensât doit être transporté par la masse poreuse, cette masse est maintenue, ce qui implique dans un grand nombre de cas, qu'elle reste appliquée contre la paroi du réservoir. Si l'installation est hors de fonctionnement et *à la 20 température ambiante normale, la pression du fluide de remplissage régnant dans l'élément élastique n'est pas nécessairement supérieure à celle régnant dans ce cas dans le réservoir mais peut être égale à cette pression ou même lui être inférieure. D'une part, l'élasticité de l'élément élastique à la température ambian-25 te normale suffit généralement pour maintenir la masse poreuse d'autre part, on ne considère pas toujours comme inconvénient le fait que la masse poreuse, par exemple de la toile, n'est pas appliquée rigoureusement à la température ambiante normale du fait qu'il ne se produit alors pas de transport de condensât. 30 Du reste, la pression régnant dans le réservoir à la tem pérature ambiante normale est généralement basse, du fait que 1' on fait assez souvent le vide dans le réservoir afin d'assurer le déroulement convenable du processus évaporation-condensation du fluide transportant de la chaleur. 35 L'élément élastique n'exerce pas nécessairement une forte pression sur la masse poreuse (ressort de pression), mais il est également possible de maintenir ladite masse à l'aide d'une force de traction (ressort de traction). Evidemment, le tout dépend de la disposition de la masse poreuse dans le réservoir. 40 Dans les deux cas, l'élément élastique doit être effec- 2123459 72 02670 ... respectivement disposé, de telle façon que l'augmentation de la pression du fluide de remplissage contenu dans l'élément élastique se traduise par une augmentation de la force de pression, respectivement de traction, exercée sur la masse poreuse. Dans le cas d'utilisation d'un ressort héli-5 coïdal, une augmentation de la pression du fluide de remplissage peut se traduire par un accroissement du diamètre du ressort et une réduction de la longueur dudit ressort. L'accroissement du diamètre peut etre mis à profit pour augmenter la force de pression exercée sur une masse poreuse et la réduction de la longueur peut augmenter la force de traction exer-10 cée sur une masse poreuse. Comme fluide de remplissage, on peut utiliser toutes sortes de substances solides, liquides ou gazeuses à la température ambiante normale, à condition que dans tous les cas, la pression de vapeur, respectivement la pression gazeuse, desdites substances soit supérieure à 15 la pression régnant dans le réservoir à la température de fonctionnement de l'installation et, éventuellement, également à la température ambiante normale. Lorsqu'on utilise par exemple du sodium comme fluide transportant de la chaleur dans un réservoir dans lequel, du reste, 20 on a fait le vide, on peut utiliser par exemple du potassium ou du caesium comme fluide de remplissage. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'installation conforme à l'invention, le fluide de remplissage est un gaz inerte. Cela offre l'avantage qu'une éventuelle fuite de l'élément élastique ne 25 provoque pas de réactions chimiques entre le fluide transportant de la chaleur et le fluide de remplissage, de sorte que dans ce cas, le fonctionnement de l'installation n'est pas perturbé ni l'installation endommagée. La description ci-après, en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre 30 comment l'invention peut être réalisée. L'unique figure représente schématiquement et non à échelle une forme de réalisation de l'installation permettant de transporter de la chaleur conforme à l'invention. S Le chiffre de référence 1 désigné un réservoir fermé 35 comportant d'un côté une première paroi transmettant de la chaleur 2 et, de l'autre cSté, une seconde paroi transmettant de la chaleur 3, parois qui seront appelées par la suite respectivement première paroi et seconde paroi. Sur la paroi intérieure du réservoir est appliquée > une masse poreuse 4 qui présente une structure capillaire et qui est 40 constituée par des couches de toile. 72 02670 2123459 Le réservoir dans lequel» du reste, on a fait le vide, contient une quantité appropriée de sodium comme fluide transportant de la chaieux. De plus, dans le réservoir est disposé un ressort héli— 5 coïdal 5 faisant office d'élément élastique exerçant une force de pression sur les couches de toile 4 qui, de ce fait, sont appliquées contre la paroi du réservoir. Le ressort hélicoïdal 5 creux, ce qu,illustre la partie découverte 6. L'enceinte se trouvant à l'intérieur du ressort consti— 10 tue une enceinte fermée contenant une quantité déterminée d'argon faisant office de fluide de remplissage. Lors du fonctionnement de l'installation, du sodium liquide absorbe à travers la première paroi 2 de la chaleur provenant d'une source de chaleur non représentée en détail sur le dessin, ce 15 qui se traduit par 1'évaporation du sodium. Ensuite la vapeur circule vers la seconde paroi 3 par suite de la pression de vapeur plus basse qui y règne, causée par la plus basse température qui se produit à cet endroit et elle se condense sur ladite paroi, tout en cédant la vapeur d'évaporation absorbée à la première paroi 2. Par effet capillaire du 20 à la tensio—activité du condensât, celui-ci reflue ensuite à travers la masse poreuse 4 constituée par des couches de toile vers la première paroi 2 pour y être évaporée à nouveau. Le retour du condensât s'effectue quelle que soit la position qu'occupe le réservoir, donc même à 1'encontre de la pesanteur ou même sans pesanteur. 25 Si la température de fonctionnement de l'installation permettant de transporter de la chaleur est de 1100 °K par exemple la pression de vapeur de sodium contenu dans le réservoir mis à vide est de 450 Torrs (1 ïorr m 1 mm de pression de mercure). Une quantité convenable d'argon contenue dans le ressort hélicoïdal 5 permet d'atteindre 30 qu'à ladite température élevée, la pression d'argon dans le ressort est supérieure à 450 Torrs, par exemple 2 atm. Lorsque la force élastique du ressort hélicoïdal 5 ne suffit pas à la, température de fonctionnement de 1100°K pour assurer que les couches de toile 4 s'appliquent contre les parois du réservoir, la pression agissant sur le ressort hélicoïdal > assure 35 Çue le ressort s'applique néanmoins contre les couches de toile. Ces-dernières s'appliquent contre les parois du réservoir, de sorte que les problèmes mentionnés dans le préambule ne peuvent pas se produire» Il peut se produire une fuite dans le ressort hélicoïdal 5» l'argon, gaz inerte, sortant du ressort ne réagit pas chimiquement avec le sodium. Ainsi., l'installation per-40 mettant de transporter de la chaleur est préservée du risque d'endommagement. 72 02670 6 2123459 Revendications ; 1. Installation permettant de transporter de la chaleur, comportant un réservoir fermé muni d'un côté d'au moins une première paroi transmettant de la chaleur (appelée par la suite 5 "première paroi") et de l'autre côté, d'au moins une seconde paroi transmettant de la chaleur (appelée par la suite "seconde paroi"), réservoir qui contient un fluide transportant de la chaleur susceptible d'absorber de la chaleur à travers la première paroi tout en passant de l'état de liquide à l'état de vapeur 10 et de céder la chaleur à la seconde paroi tout en passant de 1' état de vapeur à l'état liquide, ce réservoir contenant une masse poreuse reliant la première paroi à la seconde paroi de façon que du fluide condensé à travers la seconde paroi reflue par effet capillaire vers la première paroi et au moins un élément élasti-15 que susceptible de maintenir la masse poreuse par rapport au réservoir, cette installation permettant de transporter de la chaleur étant caractérisée en ce que l'élément élastique est creux et l'enceinte disposée à l'intérieur de l'élément constitue une enceinte fermée contenant Tan fluide de remplissage, dont la 20 pression est supérieure, au moins à la température de fonctionnement de l'installation, à celle régnant dans le réservoir et sous l'effet de la différence en pression, l'élément élastique exerce sur la masse poreuse une force additionnelle susceptible de maintenir ladite masse dans le réservoir. 25 2. Installation permettant de transporter de la chaleur selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide de remplissage est un gaz inerte.