Brevet FR2489951A1 — publié le 19820312

La présente invention se rapporte à un caloduc dont l'extrémité supérieure communique avec un récipient collecteur du gaz restant fermé hermétiquement. Par l'expression caloduc, on désigne principa- lement un élément de jonction transportant de la chaleur dans une direction dans lequel on tire parti, pour trans- porter de la chaleur, de la chaleur d'évaporation d'un liquide qui s'évapore à l'extrémité chaude et qui est recondensée à l'extrémité plus froide. Habituellement, le caloduc est constitué par un tube incliné fermé de manière hermétique et qui contient une faible quantité d'un li- quide bouillant facilement. La région inférieure du tube est mise en contact avec la région o il y a un excès de chaleur (par exemple un collecteur solaire) et s'y réchauf- fe. Le liquide contenu s'évapore ainsi et la vapeur par- vient, suivant un mouvement ascendant, dans la région su- périeure du tube, auquel de la chaleur est soutirée, ce qui fait condenser le liquide qui, en raison de la force de gravité, retourne dans la région inférieure du tube. Un tel agencement, au moins légèrement incliné ou verti- cal du tube, n'est pas nécessaire, lorsque le retour du liquide condensé peut être provoqué par des forces capil- laires (à l'aide d'une paroi intérieure conformée en con- séquence). Comme il n'y a pas de récipient absolument étan- che et comme le caloduc, lorsqu'il est froid, est en dé- pression vis à vis de l'extérieur, il se forme avec le temps, à l'intérieur du caloduc, un coussin de gaz qui s'oppose de plus en plus au transport de chaleur et qui peut même l'empêcher tout à fait. Pour diminuer l'effet perturbateur du gaz qui se rassemble, on a déjà proposé à la demande de brevet mise à l'inspection publique en Ré- publique Fédérale d'Allemagne sous le No. 2 137 227, de prévoir en plus un récipient collecteur du gaz restant,qui communique avec l'extrémité supérieure du caloduc,qui est disposé au-dessus de l'extrémité supérieure du caloduc et qui est pourvu d'une bonne isolation thermique. A l'aide d'un tel récipient collecteur, on peut diminuer la partie du gaz restant dans le caloduc lui-même et assurer ainsi plus longtemps son fonctionnement. Mais l'inconvénient est qu'un tel récipient collecteur emporte des pertes de cha- leur et d'autre part peut prendre de la place,avec,en ou- tre,la nécessité de maintenir aussi dans ce récipient col- lecteur les pressions relativement élevées qui se produisent, le cas échéant,lors du fonctionnement du caloduc. L'invention vise un caloduc dans lequel on mal- trise mieux que jusqu'ici les problèmes liés au rassemblement du gaz restant. Le caloduc suivant l'invention du type précité se caractérise en ce que le récipient collecteur est placé à l'intérieur et au voisinage de l'extrémité d'évaporation du caloduc de manière à ce que le liquide à évaporer attei- gne sans obstacle l'extrémité d'évaporation et le récipient collecteur communique avec l'extrémité de condensation par un tube,étroit et ouvert aux deux extrémités, de transport de gaz s'y terminant, dont l'autre extrémité mène au point de rassemblement du condensat dans le récipient collecteur. La forme particulière du caloduc ne joue aucun rôle et, en principe,il peut avoir une forme s'écartant de la forme tubulaire ou être constitué d'un tube en spirale ou courbe. Mais la plus répandue est cependant la forme tubulaire droite à extrémités frontale fermées, parmi les- quelles celle absorbant la chaleur peut être dénommée l'ex- trémité d'évaporation et celle cédant la chaleur extrémité de condensation. Il est bon d'utiliser un tel caloduc en une position au moins légèrement inclinée,dans laquelle le condensat formé à l'extrémité de condensation retourne à l'extrémité d'évaporation sous l'effet de la force de gra- vité. Dans un tel caloduc, le récipient collecteur est constitué de préférence d'un tube fermé hermétiquement, engagé dans le caloduc à distance de l'extrémité d'évapora- tion et auquel est soudé ou brasé, ou dans lequel est en- gagé avec étanchéité un tube de transport de gaz,qui mène du point le plus élevé du caloduc à l'extrémité de conden- sation au point le plus bas du récipient collecteur. Le mode de fonctionnement du caloduc suivant l'invention s'explique de la manière la plus simple sur ce mode d'exécution préféré, de sorte que,dans la des- cription qui va suivre, on prendra essentiellement pour base ce mode de réalisation. Dans cet agencement, le gaz restant,gênant,entrat- né à l'extrémité supérieure par une sorte d'effet de pompage de la vapeur du liquide, est transporté à l'aide du tube de transport de gaz étroit à l'endroit le plus bas du ré- cipient collecteur, d'o il parvient à l'endroit le plus élevé de ce récipient collecteur. Le récipient collecteur reçoit donc de préférence du gaz restant, en une propor- tion plus élevée que celle qui reste dans le "récipient principal" constitué par le caloduc, avec corrélativement une diminution de la proportion du gaz restant dans le caloduc lui-même, de sorte que la fonction du caloduc est améliorée dans l'ensemble. La vapeur transférée dans le récipient collec- teur peut se condenser pendant les arrêts de fonctionnement et elle est alors ramenée tout d'abord dans le "récipient collecteur principal" du caloduc par le tube étroit menant au point le plus bas du récipient collecteur. En fonction- nement, il s'instaure dans le récipient collecteur, en fonction du temps, un effet de démixion, semblable à celui qu'il y a dans le tube principal,qui donne lieu à une lo- calisation du gaz restant dans la région supérieure du ré- cipient collecteur, ce qui empêche un retour du gaz restant dans le tube principal. La dimension du récipient collecteur dépend du gaz "qui se produit" dans le caloduc et représente habituel- lement de 10 à 40% et notamment de 20 à 25% du volume du caloduc. Le récipient collecteur est en outre disposé de manière à ne pas se trouver dans la partie cédant de la chaleur du caloduc et sa forme est adaptée à celle du ca- loduc, de manière à ce que la vapeur puisse retourner sans obstacle à l'endroit à chauffer et le condensat à l'extré- mité d'évaporation. Dans un caloduc tubulaire, le récipient collecteur est constitué notamment par un tube engagé dans le caloduc. Le récipient collecteur peut être en un matériau semblable ou ayant des propriétés de paroi semblables à celui du caloduc lui-même et, bien entendu, il doit résister aux températures intérieures qui règnent dans le caloduc. Il doit être étanche à la diffusion et ne doit communiquer avec l'intérieur du caloduc que par la tubulure étroite. Le récipient collecteur n'a pas à présenter de résistance mécanique particulière cependant, puisqu'il n'est soumis à aucune sorte de pression et il peut donc être fabriqué en un matériau très mince. Le tube étroit menant de l'extrémité supérieure du caloduc au point le plus bas du récipient collecteur doiten tout casavoir des dimensions suffisamment grandes pour résister à l'oxydation. Il faut faire en sorte que le gaz qui se rassemble dans le récipient collecteur puisse y passer sans obstacle, mais autant que possible il ne doit y avoir dans le tube aucune turbulence qui provoquerait un plus grand mélange des parties de vapeur. L'ouverture du tube étroit ne doit pas de préfé- rence dépasser 5 mm et habituellement les diamètres des tubes sont compris entre 1 et 5 mm. L'ouverture du récipient collecteur est comprise, pour des dimensions de caloduc habituelles, entre 3 et 10 cm environ suivant l'ouverture du caloduc lui-même. De préférence, l'ouverture du récipient collecteur doit être au plus égale à environ 0,7 fois celle du caloduc. La lon- gueur du récipient collecteur de gaz restant dépend de la quantité de gaz restant à recevoir et peut représenter de à 90% de la longueur totale du caloduc. La distance en- tre le récipient collecteur et l'extrémité d'évaporation du caloduc peut être comprise entre 1 et 10 mm environ. Le récipient collecteur peut être monté rigide- ment dans le caloduc lors de la fabrication, ce qui ce- pendant n'est pas absolument nécessaire. Il faut simplement faire en sorte que la posi- tion du tube étroit corresponde à la fonction souhaitée, c'est-à-dire que l'extrémité inférieure débouche au point le plus bas du récipient collecteur et que l'extrémité supérieure débouche dans l'extrémité supérieure du calo- duc. Ceci peut s'obtenir par des encliquetages corres- pondants, comme par exemple par tenons et mortaises, sur le fond intérieur du caloduc ou à l'aide d'un ressort d'in- sertion sur le récipient collecteur ou bien aussi par des entretoises unilatérales qui mettent automatiquement le récipient collecteur en la position souhaitée. C'est par un repérage extérieur que l'on peut se rendre compte, dans des récipients collecteurs montés fi- xes ou encliquetés, de la position dans laquelle il faut maintenir le caloduc et qui correspond à l'agencement cor- rect du point de vue fonctionnel du tube étroit et du ré- cipient collecteur. Mais on peut aussi prévoir cependant une mise en position correcte automatique des pièces d'in- sertion prévues suivant l'invention, en mettant en oeuvre des paliers glissants et en prévoyant en conséquence la position du centre de gravité. L'exemple suivant en re- gard du dessin annexé,qui est une vue en coupe longitudi- nale d'un caloduc,illustre l'invention. Dans le mode de réalisation représenté au dessin, il est prévu à l'intérieur 1 du caloduc 2 un récipient 3 collecteur,qui communique,par un tube 4 étroit, avec l'in- térieur du caloduc. Des entretoises 5 prévues le long d'u- ne génératrice font que la génératrice,tournée vers l'ex- trémité 6 de sortie du tube 4 étroit, du récipient 3 col- lecteur, est en contact avec la face intérieure du caloduc. Un repérage,tel qu'en 7,sur la face extérieure du caloduc renseigne sur la position de fonctionnement correcte du caloduc. Une entretoise 8 se trouvant du côté du fond sert à obtenir un espace libre suffisant au "fond" du ca- lodue, de manière à ne pas empêcher sa fonction d'évapo- ration. On construit un caloduc suivant l'invention du type qui vient d'être décrit en acier, le "tube principal" ayant une longueur de 3 mètres, une ouverture de 40 mm et une épaisseur de paroi de 3 mm. Le récipient collecteur enga- gé a une longueur de 2,6 mètres, une ouverture de 25 mm et une épaisseur de paroi de 2 mm. Comme tube étroit, on se sert d'un capillaire de 3 mm de diamètre et de 0,5 mm d'épaisseur de paroi,qui est soudé au récipient collec- teur et qui mène au point le plus élevé du caloduc, le- quel est incliné d'environ 100 sur l'horizontale. Le calo- duc est maintenu à 1751C à l'extrémité d'évaporation, tandis que l'extrémité de condensation est soumise à la température ambiante. La température mesurée à l'extré- mité de condensation atteint, après une phase de démarra- ge, pratiquement la valeur de 175C, ce qui ne peut ab- solument pas être obtenu avec le même caloduc sans les pièces qui y sont insérées suivant l'invention. Cela fait apparaître l'amélioration du transfert de chaleur obtenue par l'agencement-suivant l'invention. Comme liquide, on se sert d'eau. L'écartement des parois est de 10 mm environ. REVENDICATIONS 1) Caloduc dont l'extrémité de condensation communi- que avec un récipient collecteur du gaz restant, fermé her- métiquement, caractérisé en ce que le récipient (3) collec- teur est placé à l'intérieur et au voisinage de l'extrémité d'évaporation du caloduc (1) de manière à ce que le liquide à évaporer atteigne sans obstacle l'extrémité d'évaporation et le récipient collecteur communique avec l'extrémité de condensation par un tube (4),étroit et ouvert aux deux ex- trémités, de transport de gaz s'y terminant, dont l'autre extrémité mène au point de rassemblement du condensat dans le récipient collecteur. 2) Caloduc suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le caloduc est formé d'un tube droit fermé aux extrémités et le récipient collecteur est formé d'un tube fermé hermétiquementengagé dans le caloduc à distance de l'extrémité d'évaporation et auquel est soudé ou dans le- quel est engagé avec étanchéité un tube (4) de transport de gaz. 3) Caloduc suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le tube (3) formant récipient collecteur est en- gagé dans le caloduc et y est maintenu en direction par des entretoises à l'extrémité d'évaporation et le long de sa génératrice de manière à ce que le tube (4) étroit mène du point le plus bas du récipient (3) collecteur au point le plus haut du caloduc (2) muni d'un repère de position. 4) Caloduc suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par un diamètre intérieur du tube (4) étroit de 5 mm au maximum. 5) Caloduc suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ouverture du récipient (3) collec- teur est au plus égale à environ 0,7 fois celle du caloduc. 6) Caloduc suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par une longueur du récipient collecteur re- présentant 80 à 90% environ de la longueur totale du calo- duc (2). 2489951- 7) Caloduc suivant l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par une distance entre le récipient collecteur et l'extrémité d'évaporation du caloduc de 1 à 10 mm environ. 8) Caloduc suivant l'une des revendications 1 à 7 permettant un fonctionnement indépendamment de la position, caractérisé en ce que la paroi intérieuredu caloduc et celle du récipient collecteur sont agencées en paroi capillaire. 9) Caloduc suivant l'une des revendications 1 à 7 permettant un fonctionnement avec un retour du liquide sous l'action de la force de gravité, le caloduc s'élevant verticalement ou de manière inclinée de l'extrémité d'éva- poration à l'extrémité de condensation, caractérisé en ce que le caloduc et le récipient collecteur ont des parois intérieures lisses.