Brevet FR2494419A1 — publié le 19820521

On sait que les caloducs sont des dispositifs de transfert thermique comportant au moins un tube fermé à ses deux extrémités, contenant un liquide caloporteur à l'état de vapeur saturante et muni, le long de sa paroi, d'une structure capillaire, en général une mèche qui relie une extrémité du tube à l'autre et sert à transférer, par capillarité, le liquide résultant de la condensation de ladite vapeur à l'extrémité froide vers l'extrémité chaude où il est vaporisé. Le fluide de transfert thermique se déplace ainsi à grande vitesse en circuit fermé à l'intérieur du tube, qui devient quasi-instantanément sensiblement isotherme. Un tel dispositif est parfaitement bi-directionnel, en ce sens qu'il suffit d'échanger les positions de la source chaude et de la source froide couplées thermiquement aux deux extrémités du tube pour que la circulation du fluide s'inverse. Bien entendu, il n'en sera ainsi que si la gravité ne s'oppose pas au transfert du liquide par capillarité, ce qui n'est pas le cas si le tube est en position verticale ou trop éloigné de la position horizontale, auquel cas le transfert calorifique ne pourra s'effectuer efficacement que de son extrémité inférieure vers son extrémité supérieure. Il s'agit d'une limitation connue à l'emploi des caloducs dans leurs applicatipns habituelles. L'invention a pour objet l'application d'un échangeur du genre caloduc, spécialement agencé et disposé pour que le transfert de chaleur soit aussi uni-directionnel que possible, à la réalisation d'un accumulateur de chaleur ou de froid. Suivant l'invention, cet accumulateur comprend une source de calories, ou respectivement, de frigories, reliée par un dispositif de transfert thermique à un réservoir de calories, ou respectivement, de frigories et est caractérisé en ce que ledit dispositif de transfert thermique comprend un tel caloduc uni-directionnel qui traverse la paroi dudit réservoir. Suivant un mode d'exécution préféré, ledit caloduc unidirectionnel est constitué par un caloduc disposé verti calmement et aont la mèche est coupée à l'endroit de ladite paroi ou, de préférence conservée seulement dans la section d'entrée des calories ou d'utilisation des frigories. Les diverses particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaitront clairement à la lumière de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 représente schématiquement un accumulateur d'eau chaude à capteur solaire qui fait application de l'invention La figure 2 représente un accumulateur d'eau chaude à bradeur à gaz La figure 3 représente un accumulateur de froid comportant un échangeur thermique relié à une enceinte calorifugée et La figure 4 est une vue partielle de détail d'un mode d'exécution préféré de l'accumulateur de la figure 1. L'appareil de la figure 1 comporte, de façon connue en soi, un capteur solaire plan à circulation d'eau 1 qui assure le chauffage de l'eau qui circule dans un serpentin Il, ou autre dispositif échangeur de température (11 a - Il b, figure 4). Ce dernier est couplé thermiquement à l'extrémité inférieure dincaloduc 2 agencé et disposé de manière à effectuer un transfert thermique uniquement depuis son extrémité inférieure vers son extrémité supérieure. Plus précisément, le caloduc 2 est disposé verticalement et la mèche qu'il comporte est sectionnée en deux tronçons 21 a et 21 b disposés, l'un à l'intérieur, l'autre à l'extérieur du réservoir d'eau chaude 3, la mèche étant ainsi interrompue à l'endroit du gradient thermique qui existe entre les deux côtés du fond dudit réservoir. Selon un mode d'exécution préféré, représenté à la figure 4, le tronçon 21 a sera complètement supprimé, l'essentiel étant que la mèche 21 b règne sur toute la hauteur de la section d'entrée Z 1 des calories, afin que la surface de vaporisation du liquide caloporteur soit aussi grande que possible. Be reste du tube 2 (section de sortie Z 3 des calories et, éventuellement, section d'isolement Z 2) comporte des cannelures 20 sur sa paroi intérieure. Des ailettes 22 sont prévues sur la portion du caloduc intérieure au réservoir 3 (section d'utilisation des calories). Lorsque la température de l'extrémité inférieure du caloduc est supérieure à la température de son extrémité supérieure le fluide caloporteur, par exemple de l'eau, contenu dans le caloduc se vaporise à l'extrémité inférieure jusqu'à ce que la tension de vapeur saturante soit atteinte, tandis qu'une condensation se produit à l'extrémité supérieure. L'eau ainsi obtenue descend par le tronçon de mèche 21 a, ruisselle et descend par gravité le long de la paroi interne du caloduc dépourvue de mèche, puis par le tronçon de mèche 21 b. il se produit ainsi une circulation de l'eau sous ses deux états, qui a pour effet de transférer très rapidement des calories de l'extrémité inférieure jusqu'à l'extrémité supérieure, où elles sont transmises à l'eau du réservoir.S'il se produit par contre que, en l'absence de rayonnement solaire, la température de l'extrémité inférieure du caloduc soit inférieure à celle de l'extrémité supérieure, l'eau qui résulte de la condensation de vapeur à l'extrémité inférieure du caloduc ne peut remonter, par capillarité, au-delà du tronçon de mèche 21 b. Par conséquent, pratiquement aucun transfert thermique ne s'effectue vers l'extérieur du réservoir. 'les avantages de cette solution sont évidents aucun dispositif de régulation thermostatique n'est nécessaire, l'appareil ne comportant finalement que des organes statiques et ne nécessitant aucune alimentation électrique ; l'eau contenue dans le caloduc joue le rôle de fluide intermédiaire entre l'eau du réservoir et le liquide qui circule dans le capteur, si bien que tout risque de pollution de l'eau du réservoir est supprimé ; on notera enfin que le caloduc peut être introduit dans l'orifice habituellement ménagé à la base des réservoirs des chauffe-eaux électriques pour le passage des résistances de chauffage. il doit être bien compris que l'appareil pourrait encore fonctionner si le caloduc était incliné par rapport à la verticale, pourvu que cette inclinaison soit suffisamment faible pour interdire le transfert de l'eau liquide de l'extrémité du caloduc extérieure au réservoir vers l'extrémité intérieure. On pourrait supprimer complètement la mèche, gui n'a d'autre fonction que d'augmenter la surface de vaporisation ou de condensation de l'eau contenue dans le caloduc, fonction qui pourrait être remplie en ménageant, sur la paroi interne de celuici, des cannelures ou autres irrégularités de surface. A la figure 2, on a représenté une variante d'exécution du dispositif de la figure 1, dans laquelle le générateur thermique à capteur solaire est remplacé par un brûleur à gaz 4, monté dans une cheminée 5 et coopérant avec'l'extrémité inférieure, munie d'ailettes 23, d'un caloduc 2 par ailleurs similaire à celui de la figure 1. Lorsque le brûleur est en veilleuse et que l'extrémité inferieure du caloduc atteint une température plus basse que celle de l'extrémité supérieure, aucun transfert de calories ne peut s'effectuer vers ladite extrémité inférieure et il n'y a donc pas de pertes thermiques par la cheminée 5. A la figure 3, on a représenté une enceinte calorifugée 6 reliée à l'atmosphère extérieure par un caloduc unidirectionnel 7 du type décrit ci-dessus muni d'ailettes d'échange thermique à son extrémité inférieure contenue dans l'enceinte, et d'un échangeur thermique de dimensions importantes à son extrémité extérieure à l'enceinte. Lorsque la température extérieure est plus basse que celle qui règne à l'intérieur de l'enceinte, le caloduc uni-directionnel 7 transfère des calories de l'enceinte vers l'extérieur ; par contre, aucun transfert de calories ne peut se faire de l'extérieur vers l'intérieur pendant les périodes où la température extérieure est élevée. Be dispositif fonctionne donc en accumulateur de froid. 'les applications de l'invention qui viennent d'être décrites ne sont pas limitatives. La source de chaleur ou de froid pourrait être d'un type quelconque, l'appareil ne prenant toutefois tout son intérêt que s'il s'agit d'une source irrégulière, ainsi que le réservoir de calories ou de frigories et les organes échangeurs thermiques disposés aux extrémités du caloduc unidirectionnel". On notera que ce terme désigne ici un dispositif qui, bien que sa structure soit proche de celle d'un caloduc classique, s'en distingue toutefois radicalement par l'absence de réversibilité du transfert thermique. REVENDICATIONS 1 - Accumulateur de chaleur, ou, respectivement de froid, comprenant une source de calories ou,-respectivement, de frigories, reliée par un dispositif de transfert thermique à un réservoir de calories ou, respectivement, de frigories, caractérisé en ce que ledit dispositif de transfert thermique comprend un échangeur du genre caloduc agencé et disposé pour effectuer un transfert thermique unidirectionnel entre une extrémité extérieure audit réservoir et une autre extrémité intérieure audit réservoir. 2 - Accumulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit caloduc est disposé verticalement ou dans une position peu éloignée ae la verticale. 3 - Accumulateur selon la revendication 1 ou a, caractérisé en ce que ledit caloduc comporte une mèche coupée à l'endroit du passage entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir, ladite mèche ne comportant de préférence qu'un tronçon inférieur. 4 - Accumulateur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit caloduc possède des irrégularités de surface sur sa paroi intérieure. 5 - Accumulateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit caloduc est muni, à son extrémité intérieure au réservoir, d'organes d'échange thermique avec le réservoir. 6 - Accumulateur de froid selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit réservoir est constitué par une enceinte calorifugée et que l'extrémité du caloduc extérieure à ladite enceinte est munie d'un échangeur thermique couplé à l'atmosphère ambiante ou à une source irrégulière de frigories.