Brevet FR2644402A1 — publié le 19900921

Un dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers, notamment un dispositif de chauffage pour omnibus comportant un circuit fermé et des radiateurs montés en série est connu d'après la technique de chauf- fage pour les véhicules et est publié par exemple dans la demande de brevet allemand décrit sous le N'30 41 710. Afin de réduire le besoin en énergie nécessaire à de tels systèmes de chauffage, il a été proposé par ailleurs, dans la demande de brevet allemand publié sous le N'30 02 155, de monter un échangeur de chaleur sur des unités et des dispositifs qui délivrent une chaleur per- due et envoient cette chaleur perdue au circuit de chauf- fage. D'une manière générale, dans tous les dispositifs de radiateurs, montés en série, de dispositifs de chauf- fage de compartiments pour passagers et notamment de dispositifs de chauffage pour autobus, un inconvénient réside cependant dans le fait qu'en raison de la fourni- ture de chaleur, le fluide caloporteur se refroidit en permanence et qu'il existe des températures différentes dans les différents radiateurs. Ceci peut conduire, dans un cas extrêmes, à un échauffement très différent des ra- diateurs et, par conséquent, du compartiment pour passa- gers. L'invention a pour but de développer un dispo- sitif de chauffage du compartiment pour passagers du type indiqué, de manière que la température soit approximati- vement égale dans tous les radiateurs délivrant la cha- leur. Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion dans un dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers comportant plusieurs radiateurs disposés selon un circuit fermé, en série sur le côté de déli- vrance de la chaleur, dans le compartiment pour passa- gers, notamment dispositif de chauffage pour autobus, dans lequel le circuit est parcouru d'une manière unidi- rectionnelle par un fluide caloporteur, la partie, qui absorbe la chaleur, comporte au moins un échangeur de chaleur utilisé comme source de chaleur et alimenté, côté primaire, par une unité installée de façon fixe et pro- duisant de la chaleur, de préférence de la chaleur per- due, et le fluide caloporteur pénètre dans la partie dé- livrant la chaleur, à une température d'arrivée détermi- née, caractérisé en ce que la température d'arrivée et le fluide caloporteur sont réglés l'un sur l'autre de ma- nière que dans la partie, délivrant la chaleur, du cir- cuit fermé il existe un mélange biphasé formé d'une phase liquide et d'une phase vapeur du fluide caloporteur pré- sent à l'état de vapeur saturée, le ou les échangeurs de chaleur fonctionnant en tant qu'évaporateurs sont réali- sés essentiellement sous la forme d'une paroi poreuse ou sous la forme d'un bloc correspondant de capillaires, qui est disposé entre le côté purement liquide -côté du li- quide-et le côté à l'état de vapeur -côté vapeur- du dis- positif de chauffage du compartiment pour passagers et sépare ces phases l'une de l'autre, la paroi poreuse ou le bloc de capillaires comporte, à l'intérieur du cir- cuit, des canaux qui ont une action capillaire, et l'apport de chaleur côté primaire s'effectue par l'in- termédiaire de la paroi poreuse ou du bloc de capillaires ou sur le côté vapeur de cette paroi. Un mélange liquide-vapeur d'un fluide calopor- teur, qui est évaporé presque complètement sur un côté de l'évaporateur -le côté vapeur-, circule dans les radia- teurs. Tant que le fluide caloporteur est présent sous la forme d'un mélange biphasé -mélange liquide et vapeur- les radiateurs, montés en série, de la partie délivrant la chaleur possèdent approximativement la même tempéra- ture, c'est-à-dire la température de vapeur humide. Ceci est imputable à la modification de l'état de volumes in- dividuels du fluide caloporteur. La chaleur rayonnée par les radiateurs est produite par la chaleur latente sto- ckée dans la vapeur, qui est libérée lors de la condensa- tion de la vapeur au cours d'un processus presque iso- therme. Selon une autre caractéristique de l'invention, les canaux ayant une action capillaire possèdent chacun un diamètre situé dans la gamme entre 0,5 et 140 pim. Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins une partie de la surface de la paroi poreuse ou du bloc de capillaires est adaptée à la partie correspon- dante de la surface de l'unité délivrant la chaleur. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu une partie, qui s'appuie, au moins par en- droits, sur la surface, tournée côté vapeur, de la paroi poreuse ou du bloc de capillaires, est réalisée en un ma- tériau thermoconducteur et possède, dans la zone de contact avec la surface située côté vapeur, une structure à canaux ouverte, couvrant une certaine surface et ser- vant à évacuer la phase vapeur saturée. Selon une autre caractéristique de l'invention, les différents canaux de la structure à canaux délivrant la phase vapeur saturée sont situés à des distances ré- ciproques très faibles et la section transversale des pa- rois intercalaires situées entre deux canaux voisins se termine sous la forme de couteaux en direction de la pa- roi poreuse ou du bloc de capillaires. Selon une autre caractéristique de l'invention, la structure à canaux, qui couvre une certaine surface comporte, au moins par endroits, une structure gaufrée, une structure à rainures ou une structure à boutons. Selon une autre caractéristique de l'invention, au niveau du côté, tourné vers le liquide, du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers est raccordé un accumulateur de collecte de volume variable, permet- tant le prélèvement ou le renvoi, à volonté, du fluide caloporteur liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention, au niveau du côté, tourné vers la. vapeur, entre l'évapo- rateur et le premier radiateur de la partie, qui délivre la chaleur, du compartiment pour passagers est raccordé un réservoir de collecte, qui sert à collecter le fluide caloporteur condensé dans cette zone et est disposé spa- tialement presque à la même hauteur que l'évaporateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, une canalisation de reflux, dont le débit est comman- dable, relie le réservoir de collecte au côté, tourné vers le liquide, du dispositif de chauffage du comparti- ment pour passagers. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu, dans le circuit fermé, au voisinage du côté, tourné vers le liquide, du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers, une pompe, qui réalise un entraînement en direction du côté, tourné vers la vapeur, du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers et dont le débit de refoulement peut être de préférence commandé. Selon une autre caractéristique de l'invention, les canalisations, qui relient les éléments délivrant la chaleur de la partie, qui délivre la chaleur, du circuit fermé et s'étendent en direction du côté, tourné vers le liquide, du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers, présente partout une déclivité nette. Selon une autre caractéristique de l'invention, la température d'ébullition du fluide caloporteur à la pression régnant sur le côté vapeur du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers est égale ou in- férieure à la température de l'unité délivrant la cha- leur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fluide caloporteur est du fluorocarbone. 264440? Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi poreuse ou le bloc de capillaires est réalisé en une matière plastique résistante à la chaleur. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion,la paroi poreuse ou le bloc de capillaires contient au moins du polytétrafluoroéthylène ou du polyéthylène ou du polystyrène. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 représente le dispositif de chauffage du compartiment pour passagers, selon une re- présentation schématique; et - la figure 2 représente une partie de la sur- face en coupe transversale de l'évaporateur. Le dispositif de chauffage du compartiment pour passagers de la figure 1 est subdivisé en une partie 28 absorbant la chaleur et une partie 29 délivrant la cha- leur, ces parties formant conjointement un circuit fermé dans lequel le fluide caloporteur circule dans une direc- tion. La partie 28 absorbant la chaleur est un échangeur de chaleur fonctionnant en tant qu'évaporateur 1, qui est réalisé sous la forme d'une paroi poreuse 4 qui sépare le côté purement liquide 5 du côté 6, formé presque de va- peur pure, du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers. On va décrire le reste de la structure du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers dans le sens d'écoulement du fluide caloporteur en aval de l'évaporateur 1, en commençant par le côté vapeur 6. Sur le côté vapeur 6 du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers, en aval de l'évaporateur i est disposé un récipient de collecte 20, qui est dis- posé spatialement presque à la même hauteur que l'évapo- rateur 1. Le récipient de collecte 20 comporte une cana- lisation de retour 21, dont le débit peut être commandé à l'aide d'une vanne 25 et qui peut être fermé et relie le côté vapeur 6 au côté liquide 5 du dispositif de chauf- fage du compartiment pour passagers. En outre une canali- sation d'amenée 23 relie le récipient de collecte 20 à la partie 29, délivrant la chaleur, du dispositif de chauf- fage du compartiment pour passagers. La partie 29 déli- vrant la chaleur est représentée au moyen de trois radia- teurs 7,8,9, qui sont disposés en série les uns à la suite des autres et sont logés dans le compartiment pour passagers, devant être chauffé.Les canalisations 24, qui relient les radiateurs 7,8,9, possèdent partout une dé- clivité nette en direction du côté liquide 5 du dispo- sitif de chauffage du compartiment pour passager, de sorte que les composants liquides du mélange biphasé cir- culant du fluide caloporteur sont également envoyés de façon nette au côté liquide 5 du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers. Le dernier radiateur 9, dans la direction d'écoulement, de la partie 29 délivrant la chaleur est raccordé à une canalisation d'évacuation 26, qui relie la partie 29, délivrant la chaleur, au côté liquide 5. Le côté liquide 5 est en outre relié à un ac- cumulateur de collecte 19, dont le volume peut être com- mandé et qui est prévu pour réaliser le prélèvement ou le renvoi, à volonté, du fluide caloporteur liquide. La relation fonctionnelle est la suivante. Le circuit fermé du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers est parcouru par un fluide caloporteur, qui est réglé sur la température d'arrivée de manière qu'il existe un mélange liquide-vapeur du fluide calopor- teur dans chacun des radiateurs 7,8,9. Etant donné qu'un mélange liquidevapeur possède, à pression constante, toujours la même température, la température d'arrivée est approximativement égale dans tous les radiateurs 7, 8, 9, montés en série, de la partie 29 délivrant la cha- leur. La partie 28 recevant la chaleur, qui est agen- cée sous la forme d'un évaporateur i comportant une paroi poreuse 4 ayant une action capillaire, transporte, sous l'action de la force capillaire, le fluide caloporteur liquide jusqu'à la surface 17, située côté vapeur, de la paroi poreuse 15. La capillarité est le comportement, dé- terminé par la tension superficielle, de liquides dans des tubes de très faible diamètre (capillaires), dans les fentes très étroites et dans des pores. Elle est basée sur l'interaction entre des forces de cohésion entre les molécules du liquide et les forces d'adhérence entre le liquide et le matériau qui l'entoure. Au sens de la de- mande, l'expression "à action capillaire" doit être com- prise comme concernant le transport basé sur la capilla- rité et par conséquent sur la pression capillaire, du fluide caloporteur liquide depuis le côté liquide 5 au côté vapeur 6. La paroi poreuse 4 ou le bloc de capil- laires réalise par conséquent le maintien d'une diffé- rence de pression entre le côté liquide 5 et le côté va- peur 6, ainsi que la transmission ou le transfert du fluide caloporteur liquide au côté vapeur 6 de la paroi poreuse 4 ou du bloc de capillaires. La surface 17, si- tuée du côté vapeur, recouvre sur une certaine étendue la partie 2 réalisée en un matériau thermoconducteur -une tôle-, dont une partie de sa surface est adaptée à la forme superficielle de l'unité délivrant la chaleur (qui n'est pas représentée). L'adaptation superficielle four- nit un bon transfert thermique. L'autre face de la tôle possède, le long de la surface tournée vers la paroi po- reuse, une structure à canaux ouverts sur le côté vapeur 6. Les parois intercalaires 18 entre les canaux 3 s'éten- dent sous la forme de couteaux en direction de la paroi poreuse 4. Des ménisques sont formés au niveau des deux flancs des parois intercalaires 18, dans la zone de la surface 17, située côté vapeur, de la paroi poreuse 4. Par suite de l'énergie ou de la chaleur Q disponible par l'intermédiaire de la tôle 2 sur le côté primaire, il se produit, conformément à la pression de vapeur régnant à cette température, une évaporation de la quantité de li- quide nécessaire pour la formation de cette pression de vapeur, au niveau de la surface libre des ménisques. La vapeur saturée -le gaz- circule uniformément, d'une ma- nière conditionnée par l'évaporation au niveau du mé- nisque inversé du liquide, et éventuellement moyennant une faible formation d'un condensat, dans le premier ra- diateur 7 de la partie 29, qui délivre la chaleur, du dispositif de chauffage du compartiment pour-passagers. Le condensat apparaissant dans la canalisation d'amenée 23 s'accumule dans le récipient de collecte 20 et est en- voyé, par l'intermédiaire de la canalisation de renvoi 21, commandée par la soupape 25, au côté du liquide 5 du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers. La vapeur saturée se condense partiellement dans le pre- mier radiateur 7 en délivrant la chaleur latente stockée, et ce selon un processus presque isotherme. Le mélange liquide-vapeur ainsi obtenu circule, avec ses bulles de liquide 11,13 et ses bulles de vapeur 10,12, à l'inté- rieur de la canalisation 24 présentant une déclivité en direction du côté liquide 5 et reliant les radiateurs 7,8, de manière à pénétrer dans le radiateur 8. En cet endroit, le processus de condensation se répète, ce qui a pour effet que le pourcentage des bulles de liquides 11,13,15 dans le mélange augmente et que le pourcentage des bulles de vapeur 10,12,14, 16 est réduit. En aval du dernier radiateur 9, dans la direction d'écoulement, de la partie 29 délivrant la chaleur, seule existe encore la phase liquide du fluide caloporteur, dans le cas d'un ré- glage d'accord idéal entre les différents facteurs -tem- pérature d'arrivée, pression de vapeur, volume de liquide du fluide caloporteur, température de l'unité délivrant la chaleur et volume total du circuit fermé du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers. Ce liquide - phase complètement liquide- parvient par l'intermédiaire de la canalisation d'évacuation 26 au côté 5 du liquide et, ensuite, dans l'évaporateur 1. Le cycle d'évapora- tion-condensation se poursuit par conséquent en permanen- ce. Pour le réglage de la quantité utile de liquide du fluide caloporteur, il est prévu d'une manière appro- priée, sur le côté 5 du liquide du dispositif de chauf- fage du compartiment pour passagers un accumulateur de collecte 19 relié au côté du liquide par l'intermédiaire d'une canalisation 22. Si par exemple une trop faible quantité de vapeur est présente dans le mélange liquide- vapeur par exemple dans le dernier radiateur 9, le fluide caloporteur liquide est prélevé sur le côté 5 du liquide, ce qui a pour effet de réduire le volume de liquide dans le circuit fermé et par conséquent d'accroître la quan- tité, devant être évaporée, du fluide caloporteur liquide sous l'effet de la pression de vapeur de saturation qui dépend de la température. Une autre modalité judicieuse est représentée par la pompe 27 qui réalise un entraînement en direction du côté vapeur 6 et est disposée dans la zone du côté 5 du liquide du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers. De ce fait on peut obtenir une commande antagoniste dans le cas d'une forte inclinaison de l'en- semble du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers et de l'action d'une éventuelle pression hydro- statique de la colonne du liquide, ayant un effet négatif sur le fonctionnement de la paroi poreuse 4 ayant une ac- tion capillaire, par exemple dans la canalisation d'éva- cuation 26. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers comportant plusieurs radiateurs disposés selon un circuit fermé, en série sur le côté de déli- vrance de la chaleur, dans le compartiment pour passa- gers, notamment dispositif de chauffage pour autobus, dans lequel - le circuit est parcouru d'une manière unidirectionnelle par un fluide caloporteur, - la partie, qui absorbe la chaleur, comporte au moins un échangeur de chaleur utilisé comme source de chaleur et alimenté, côté primaire, par une unité installée de fa- çon fixe et produisant de la chaleur, de préférence de la chaleur perdue, et - - le fluide caloporteur pénètre dans la partie délivrant la chaleur, à une température d'arrivée déterminée, caractérisé en ce que - la température d'arrivée et le fluide caloporteur sont réglés l'un sur l'autre de manière que dans la partie (29), délivrant la chaleur, du circuit fermé il existe un mélange biphasé formé d'une phase liquide et d'une phase vapeur du fluide caloporteur présent à 'l'état de vapeut saturée, - le ou les échangeurs de chaleur fonctionnant en tant qu'évaporateurs (1) sont réalisés essentiellement sous la forme d'une paroi poreuse (4) ou sous la forme d'un bloc correspondant de capillaires, qui est disposé entre le côté purement liquide -côté du liquide (5)-et le côté à l'état de vapeur -côté vapeur (6)- du dispo- sitif de chauffage du compartiment pour passagers et sépare ces phases l'une de l'autre, - la paroi poreuse (4) ou le bloc de capillaires com- porte, à l'intérieur du circuit, des canaux (3) qui ont une action capillaire, et - l'apport de chaleur côté primaire s'effectue par l'in- termédiaire de la paroi poreuse (4) ou du bloc de ca- pillaires ou sur le côté vapeur de cette paroi. 2. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux (3) ayant une action capillaire possè- dent chacun un diamètre situé dans la gamme entre 0,5 et pm. 3. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon l'une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce qu'au moins une partie de la surface de la paroi poreuse (4) ou du bloc de capillaires est adap- tée à la partie correspondante de la surface de l'unité délivrant la chaleur. 4. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu une partie (2), qui s'appuie, au moins par endroits, sur la surface (17), tournée côté vapeur, de la paroi poreuse (4) ou du bloc de capillaires, est réalisée en un matériau thermoconduc- teur et possède, dans la zone de contact avec la surface (17) située côté vapeur, une structure à canaux ouverte, couvrant une certaine surface et servant à évacuer la phase vapeur saturée. 5. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon la revendication 4, caractérisé en ce que les différents canaux (3) de la structure à canaux délivrant la phase vapeur saturée sont situés à des dis- tances réciproques très faibles et que la section trans- versale des parois intercalaires (18) situées entre deux canaux voisins (3) se termine sous la forme de couteaux en direction de la paroi poreuse (4) ou du bloc de capil- laires. 6. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon l'une des revendications 4 ou 5, ca- ractérisé en ce que la structure à canaux, qui couvre une 264440Z certaine surface, comporte, au moins par endroits, une structure gaufrée, une structure à rainures ou une structure à boutons. 7. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au niveau du côté (5), tourné vers le liquide, du dispositif de chauffage du comparti- ment pour passagers est raccordé un accumulateur de col- lecte (19) de volume variable, permettant le prélèvement ou le renvoi, à volonté, du fluide caloporteur liquide. 8. Dispositif de chaijffage d'un compartiment pour passagers selon l'une quelconque des revendications i à 7, caractérisé en ce qu'au niveau du côté (6), tourné vers la vapeur, entre l'évaporateur (1) et le premier ra- diateur (7) de la partie (29), qui délivre la chaleur, du compartiment pour passagers est raccordé un réservoir de collecte (20), qui sert à collecter le fluide calopor- teur condensé dans cette zone et est disposé spatialement presque à la même hauteur que l'évaporateur (1). 9. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une canalisation de reflux (21), dont le débit est commandable, relie le réservoir de collecte (20) au côté (5), tourné vers le liquide, du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers. 10. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans le circuit fermé, au voisinage du côté (5), tourné vers le liquide, du dispositif de chauffage du compartiment pour passa- gers, une pompe (27), qui réalise un entraînement en di- rection du côté (6), tourné vers la vapeur, du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers et dont le débit de refoulement peut être de préférence commandé. 11. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon l'une quelconque des revendications i à 10, caractérisé en ce que les canalisations (24), qui relient les éléments délivrant la chaleur de la partie (29), qui délivre la chaleur, du circuit fermé et s'éten- dent en direction du côté (5), tourné vers le liquide, du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers, présentent partout une déclivité nette. 12. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la température d'ébullition du fluide caloporteur à la pression régnant sur le côté vapeur (6) du dispositif de chauffage du compartiment pour passagers est égale ou inférieure à la température de l'unité délivrant la chaleur. 13. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est du fluorocarbone. 14. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la paroi poreuse (4) ou le bloc de capillaires est réalisé en une matière plastique résistante à la chaleur. 15. Dispositif de chauffage d'un compartiment pour passagers selon la revendication 14, caractérisé en ce que la paroi poreuse (4) ou le bloc de capillaires contient au moins du polytétrafluoroéthylène ou du poly- éthylène ou du polystyrène.