Brevet FR2686151A1 — publié le 19930716

L'invention a pour objet une installation de récupération de chaleur au moyen d'un ealoduc à circuits superposés. On connaît déjà des installations de caloducs utilisant des circuits superposés tel par exemple celles utilisant des tubes horizontaux lisses reliés entre eux par des coudes comme décrit dans le brevet portugais 92109, et le brevet français 9012975 de Mr Jacques BERNIER. L 'intérêt de ce type d ' installation réside dans le fait que les ailettes serties sur les tubes sont verticales, permettant ainsi une bonne évacuation de l'eau condensée lors du refroidissement de l'air circulant en partie basse du ealoduc. Un autre intérêt réside également dans le fait que l'étanchéité entre les deux flux gazeux peut être parfaite car seuls les collecteurs verticaux reliant chaque nappes entre elles traversent la plaque de séparation des flux où ils sont brasés. Ce mode de réalisation présente néanmoins les inconvénients suivants: - Ces installations ne permettent aux fluides internes liquide et gazeux de ne eirculer que dans un seul sens - Le positionnement du caloduc doit être proche de l'horizontale. On connaît également des caloducs gravitaires utilisant des tubes verticaux lisses intérieurement et reliés extérieurement entre eux par des coudes ou par des collecteurs comme décrit dans le brevet français 7503133 de Mr Jacques BERfJIER. Ce mode de réalisation présente néanmoins les inconvénients suivants: - Etanchéité difficile à réaliser entre les deux flux d'air car tous les tubes du caloduc traversent la plaque séparatrice. - Rendement d'échange limité par la circulation à contre courant dans un même tube du gaz et du liquide de travail. C'est d'une manière générale, un but de l'invention de fournir une installation qui ne présente pas les inconvénients rappelés cidessus, des installations connues. C'est en particulier un but de l'invention de fournir une installation dont le transfert de chaleur du flux gazeux chaud inférieur vers le flux gazeux supérieur à chauffer s 'effectue au moyen d'un dispositif à caloduc superposé permettant la circulation à l'intérieur des tubes dans un sens ou dans l'autre. C'est aussi un but de l'invention de fournir une installation à caloduc superposé comportant une structure interne dans chaque tube destinée à améliorer les échanges thermiques. Selon l'invention, les dits moyens comprennent deux échangeurs thermiques superposés, l'un étant balayé en partie inférieure par un flux gazeux chaud dont on souhaite récupérer la chaleur, l'autre étant balayé en partie supérieure, à contre-courant, par le flux gazeux à réchauffer; les deux éehangeurs étant reliés en nappes indépendantes remplies d'un fluide frigorigène de travail. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lequel: - La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention. - La figure 2 est une vue de dessus. - La figure 3 est une variante de la figure 1, avec incorporation d'une structure interne, et mise en place d'un dispositif de distribution de frigorigène dans chacun des collecteurs - La figure 4 est un schéma de caloduc superposé utilisant des tubes horizontaux à structure interne. - La figure 5 est un schéma de caloduc gravitaire correspondant au brevet Bernier 7503133. - Les figures 6 et 7 correspondent à des vues en coupe de tubes utilisées dans l'invention. Une installation de caloduc selon l'invention 13, figures 1 et 2, comprend deux séries de tubes superposés 11 et 18. La série de tubes 11 étant parcourue par l'air froid, et la série de tubes 18 étant parcourues en partie inférieure par l'air chaud à contre courant. Les tubes 11 et 18 sont raccordés sur des collecteurs 14 et 15 Les deux flux gazeux sont séparés par la plaque étanche 16 qui est percée de n trous afin de laisser passer les collecteurs 15-1, 15-2,...15-n, et 14-1, 14-2,..., 14-n. L'étanchéité de la plaque aux passages des collecteurs, est réalisée par brasures externes. Les tubes 11 et 18 sont munis d'ailettes externes serties. Le flux gazeux supérieur pénètre en E (figure 2) sur la première nappe de tubes à ailettes 11-1, puis sur la deuxième nappe de tubes 11-2, etc.., puis sur la nappe 11-n-1, puis sur la dernière nappe de tubes 11-n, et ressort réchauffé en S. De même, le flux gazeux chaud inférieur pénètre sur la nappe de tubes à ailettes 18-n, puis sur la nappe 18~n-l,etc..., puis sur la deuxième nappe de tubes 16-2, puis sur la première nappe de tubes à ailettes 18-1.Chaque nappe de tubes est remplie d'un fluide frigorigène en équilibre liquide/gaz, la chaleur du flux gazeux chaud a pour effet de vaporiser le liquide contenu dans les tubes 18 en lui cédant la chaleur, le gaz remonte dans l'échangeur supérieur par l'intermédiaire des collecteurs 14 et 15 avant de se condenser dans les tubes 11 où ils cèdent leur chaleur latente au flux d'air chaud supérieur. Le liquide formé retombe gravitairement en partie basse par les collecteurs 14 et 15 pour subir un nouveau cycle.Chaque nappe de tubes est munie d'un dispositif de remplissage 19-1, 19-2, etc..., 19-n. Les ailettes serties sur chaque nappes pourront être continues ou plus avantageusement être séparées entre elles de quelques millimètres dans le sens de la circulation d'air afin de rendre totalement indépendantes chaque nappes de tubes, évitant ainsi les transferts thermiques parasites d'une nappe vers l'autre. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, figure 3, les tubes 11 et ou 16 sont munies d'une structure interne 22 permettant d'augmenter les coefficients d 'échanges thermiques internes et de permettre le retour du liquide par capillarité. De même on pourra également équiper les divers collecteurs 14 et 15 d'une structure similaire. Une autre option 21 sur la figure 3 est un distributeur assurant un répartition uniforme du liquide dans les divers tubes8. Si on incline le caloduc de telle sorte que les collecteurs 14 soient plus hauts que les collecteurs 15, le liquide condensé dans les tubes 11 se dirigera exclusivement dans les collecteurs 15, et les vapeurs formées dans les tubes 18 se dirigeront exclusivement dans les collecteurs 14. Inversement si le caloduc est incliné dans l'autre sens, le rôle des collecteurs sera inversé. La figure 6 représente une variante de structure interne 22 des tubes 11 et 18, cette structure faisant partie inhérente du tube. La figure 7 représente une autre variante de structure interne 22, rapportée celle ci, et constituée d'un treillis métallique plaqué sur la paroi interne des tubes , avec l'interposition éventuelle d'un tissus coton ou autre pour améliorer les retours par capillarité du liquide frigorigène. Les collecteurs 14, 38, et les collecteurs 15 pourront être équipés à proximité du passage de la plaque 16, de vannes manuelles ou automatiques permettant de réguler les transferts de chaleur en empêchant le passage du fluide frigorigène de la batterie supérieure vers la batterie inférieure. L'invention n'est pas limitée, bien sur, à son application pour la récupération de chaleur dans les installations de ventilation. L'invention est applicable également à la récupération de la chaleur de tous types de fluides gazeux. L'invention s'applique à la climatisation de locaux divers. L'invention est applicable notamment à la climatisation d'abris anti-atomiques du fait que l'étanchéité entre les flux d'air est facilement réalisable avec une protection NBC. L'invention est également utilisable pour le refroidissement du compartiment inférieur des réfrigérateurs à deux températures, pour le refroidissement de camions frigorifiques à deux températures. 1. Installation de récupération te chaleur pr caloduc à tubes horizontaux ou inclinés superposés, caiacterisee en ce que la circulation du dit fluide s'effectue gravitairement ou par capillarité, les flux gazeux à réchauffer et à refroidir balayant successivement et indépendamment les n nappes de tubes ailettés, chaque tubes étant raccordés à des collecteurs 14 ou ou 38 et à des collecteurs 15 ou 37 qui assurent le passage du fluide frigorigène liquide et gazeux des tubes 11 ou 31 vers les tubes 18 ou 35 et inversement. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les tubes de l 'échangeur sont équipés d'une structure interne. 3. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les collecteurs 14 et 15 jouent le même rôle et sont m stalles perpendiculairement à la plaque d'étanchéité 16. 4. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que chaque nappe est équipée d'un dispositif de remplissage. 5. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les tubes traversant la plaque 16 ou 36 sont brasés sur celle ci. 6. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les ailettes de chaque nappe de tubes sont espacées de quelques millimètres. 7. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les collecteurs sont équipés d'une vanne manuelle ou automatique. 8. Installation selon la revendication 1 caractérisée an ce que les collecteurs sont équipés d'un distributeur 21.