Brevet FR2725499A1 — publié le 19960412

La présente invention concerne le chauffage d'un bâtiment, et plus particulièrement d'un bâtiment à usage industriel, par exemple d'un atelier. Conformément au document WO-A-82 03680, on a déjà décrit et proposé une installation de chauffage par caloduc d'une enceinte, comprenant - un module de transfert thermique passif, du type thermosiphon, formant un volume clos rempli avec un fluide caloporteur diphasique (phases liquide plus phase vapeur), disposé de part et d'autre de l'enceinte à chauffer, comprenant lui-même au moins un vaporiseur disposé par exemple à l'extérieur de l'enceinte à chauffer, au moins un condenseur disposé dans l'enceinte à chauffer, et un circuit adiabatique reliant la sortie du vaporiseur et l'entrée du condenseur, agencé, en particulier en ce qui concerne le niveau du condenseur par rapport à celui du vaporiseur, pour assurer le passage du fluide caloporteur vaporisé, du vaporiseur au condenseur, et le retour à contre-courant du fluide caloporteur condensé, du condenseur au vaporiseur - une source chaude disposée à l'extérieur de l'enceinte à chauffer, en échange de chaleur avec le vaporiseur - et des moyens de chauffage par convection, disposés dans l'enceinte à chauffer, liés thermiquement, par exemple par conduction, avec le condenseur. La présente invention a pour objet une installation par caloduc, telle que précédemment définie, permettant de chauffer un bâtiment, sans mettre en oeuvre de sources de chaleur à température relativement élevée. La présente invention a donc pour objet une installation de chauffage susceptible en particulier d'être mise en oeuvre en atmosphère explosible. Conformément à l'invention, le condenseur et les moyens de chauffage sont disposés dans la partie haute du bâtiment. Ces moyens comprennent au moins une structure radiative, agencée pour rayonner thermiquement vers le bas. Et le fluide caloporteur et la pression interne dans le module de transfert thermique passif sont déterminés pour établir en fonctionnement dans le condenseur une température prédéterminée comprise entre llO"C et 2500C, et de préférence comprise entre 140"C et 1600C, par exemple 1500C. Grâce à l'invention, il est donc possible d'obtenir, de manière simple et économique, des moyens de chauffage radiants à basse température, totalement séparés de toute source de chaleur à température relativement élevée, et préservant en conséquence la sécurité du bâtiment, en particulier dans le cas d'une atmosphère explosible ou inflammable, susceptible d'être présente dans ledit bâtiment ou atelier. La présente invention est maintenant décrite par référence au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 représente de manière schématique, avec arrachement partiel, un bâtiment équipé d'une installation de chauffage conforme à la présente invention - la figure 2 représente, toujours de manière schématique, un module de transfert thermique passif, appartenant à l'installation de chauffage représentée à la figure 1 ; - la figure 3 représente, en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, les moyens de chauffage appartenant au module de transfert thermique passif représenté à la figure 2. Conformément à la figure 1, on a représenté un bâtiment 14, dont le toit a été retiré pour les besoins du dessin, et comportant un mur 15, délimitant à l'intérieur une enceinte 1 à chauffer. Selon la longueur du bâtiment 14, plusieurs (en l'occurrence quatre) modules 2 de transfert thermique passifs conformes à l'invention, sont distribués, de manière à assurer un chauffage homogène de l'intérieur du bâtiment. Le mur d'enceinte 15 est schématisé à la figure 2 selon un trait mixte. Conformément à la figure 2, chaque module 2 de transfert thermique passif forme un volume clos rempli avec un fluide caloporteur diphasique, en l'occurrence de l'eau sous forme liquide et vapeur. Chaque module 2 est disposé de part et d'autre du mur 15 de l'enceinte à chauffer 1, et comprend de manière générale - un vaporiseur 3 disposé à l'extérieur du bâtiment 14, et plus précisément à l'intérieur d'un conduit 8 calorifugé de circulation d'une veine gazeuse à haute température - trois condenseurs 41, 42 et 43, alimentés par un même distributeur 13, disposés dans l'enceinte 1, et plus particulièrement en haut du bâtiment 14, sous le toit (non représenté), et en suivant approximativement la pente de ce dernier - un circuit ou tuyau adiabatique 5 reliant la sortie 3a du vaporiseur 3 et les entrées 41a, 42a et 43a des condenseurs 41, 42 et 43 respectivement, par l'intermédiaire du distributeur 13, ledit circuit étant agencé pour assurer le passage du fluide caloporteur vaporisé, du vaporiseur 3 aux condenseurs précités, et le retour à contre-courant du fluide caloporteur condensé, des condenseurs 41 à 43 au vaporiseur 3. Le conduit calorifugé 8 de circulation de la veine gazeuse à haute température, constitue une source chaude 6 commune à tous les modules 2 de transfert thermique passifs. A cette fin, les vaporiseurs 3 des quatre modules 2 de transfert thermique sont disposés, dans le conduit calorifugé 8, en échange de chaleur avec la veine gazeuse circulant dans ce dernier. Un brûleur 9, par exemple d'un gaz combustible, est disposé à une extrémité du conduit de circulation 8, en amont de tous les vaporiseurs 3. Ainsi, avec aspiration d'air ambiant de l'atmosphère, une veine gazeuse à haute température circule dans le conduit 8, dans la direction et le sens établis par les flèches 16. Conformément à la figure 2, chaque module 2 de transfert thermique passif comprend des moyens de chauffage 71, 72 et 73, consistant chacun en une structure radiative agencée pour rayonner thermiquement vers le bas, et disposés dans la partie haute du bâtiment 14 ou enceinte à chauffer 1, en étant liés thermiquement, par exemple par conduction, avec respectivement les condenseurs 41, 42 et 43 précédemment décrits. Plus précisément, comme montré aux figures 1 et 3, chaque condenseur 41 ou 42 ou 43 comprend un tube fermé à une extrémité 41a, ou 42b, ou 43b, et deux ailes métalliques 71a et 71b, ou 72a et 72b, ou 73a et 73b, disposées de part et d'autre du tube précité et reliés thermiquement par conduction à ce dernier.Comme montré à la figure 3, des moyens 10 d'isolation thermique, associés à une surface réfléchissante 11, sont disposés au-dessus des condenseurs 41 à 43 et des structures radiatives 71 à 73, d'un même module 2 de transfert thermique passif. Le vaporiseur 3 de chaque module 3 de transfert thermique comprend, d'une part un tube 12 fermé à une extrémité 12a, disposé transversalement, par exemple verticalement dans le conduit 8 de circulation de la veine gazeuse à haute température, et d'autre part une pluralité d'ailettes 13 disposées perpendiculairement à l'axe du tube fermé 12. Il résulte de la description précédente que chaque module 2 de transfert thermique passif se comporte en thermosiphon, comprenant le vaporiseur 3, à une extrémité et à un niveau bas, et trois condenseurs 41 à 43, disposés avec leurs structures radiatives 71 à 73 respectives, à l'autre extrémité et à un niveau haut. Le vaporiseur 3 et les condenseurs précités sont reliés entre eux par le conduit 5 adiabatique et le distributeur 13, pour assurer une montée de la phase vapeur (selon la flèche en pointillés), et une descente à contre-courant (selon la flèche en traits pleins) de la phase liquide du fluide caloporteur. Conformément à la présente invention, le fluide caloporteur et la pression interne dans chaque module 2 de transfert thermique passif sont déterminés pour établir en fonctionnement - dans le condenseur, une température prédéterminée comprise entre llO"C et 2500C, et de préférence comprise entre 140"C et 1600C, par exemple 1500C - et dans le vaporiseur 3, une température comprise entre 4000C et 6000C, et de préférence comprise entre 4500C et 5500C, par exemple 5000C. Préférentiellement, le dimensionnement de chaque module 2 de transfert thermique répond aux caractéristiques suivantes - le volume clos étant au maximum égal à 25 litres, la section de passage du circuit ou tuyau adiabatique 5 est comprise entre 3 et 4 cm - la longueur hors tout du module 2, c'est-à-dire développée du vaporiseur 3 aux condenseurs 41 à 43, est inférieure ou égale à 15 m. REVENDICATION8 1) Installation de chauffage d'une enceinte (1), par caloduc, comprenant (a) un module (2) de transfert thermique passif, formant un volume clos rempli avec un fluide caloporteur diphasique, disposé de part et d'autre de l'enceinte (1), comprenant au moins un vaporiseur (3) disposé par exemple à l'extérieur de l'enceinte, au moins un condenseur (41,42,43) disposé dans l'enceinte, et un circuit (5) adiabatique reliant la sortie (3a) du vaporiseur (3) et l'entrée (41a,42a,43a) du condenseur, agencé pour assurer le passage du fluide caloporteur vaporisé, du vaporiseur au condenseur, et le retour du fluide caloporteur condensé, du condenseur au vaporiseur ; (b) une source chaude (6) disposée à l'extérieur de l'enceinte (1), en échange de chaleur avec le vaporiseur (3) ;; (c) des moyens de chauffage (71,72,73) disposés dans ladite enceinte (1), liés thermiquement avec le condenseur (41,42,43), caractgrisée en ce que, l'enceinte (1) consistant en un bâtiment à chauffer, le condenseur (41,42,43) et les moyens de chauffage (71,72,73) sont disposés dans la partie haute du bâtiment, et ces derniers comprennent au moins une structure radiative (71,72,73), agencée pour rayonner thermiquement vers le bas, tandis que le fluide caloporteur et la pression interne dans le module (2) de transfert thermique passif sont déterminés pour établir en fonctionnement dans le condenseur une température prédéterminée comprise entre ll00C et 250"C, et de préférence comprise entre 140"C et 1600C, par exemple 1500C. 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide caloporteur, et la pression interne dans le module (2) de transfert thermique sont déterminés également pour établir en fonctionnement dans l'évaporateur (3) une température comprise entre 4000C et 6000C, et de préférence comprise entre 4500C et 5500C, par exemple 500"C. 3) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module (2) de transfert thermique passif est agencé en thermosiphon, moyennant quoi le vaporiseur (3) est disposé à un niveau inférieur à celui du condenseur (41,42,43), et le circuit adiabatique (5) comprend un ou plusieurs tuyaux de montée de la phase vapeur, et descente à contre-courant de la phase liquide du fluide caloporteur. 4) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source chaude (6) comprend un conduit calorifugé (8) de circulation d'une veine gazeuse à haute température, dans lequel le vaporiseur (3) est disposé en échange de chaleur avec ladite veine gazeuse. 5) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un brûleur (9), par exemple d'un gaz combustible, est disposé à une extrémité du conduit de circulation (8) en amont du vaporiseur (3). 6) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que des moyens (10) d'isolation thermique, éventuellement réfléchissants (11), sont disposés au-dessus du condenseur (41,42,43) et de la structure radiative (71,72,73). 7) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le condenseur (41,42,43) comprend un tube fermé à une extrémité (41b,42b,43b) et deux ailes (71a,71b,72a,72b,73a,73b) disposées de part et d'autre dudit tube, reliées thermiquement par conduction à ce dernier. 8) Installation selon les revendications 1 et 4, caractérisée en ce que le vaporiseur (3) comprend, d'une part au moins un tube (12) fermé à une extrémité (12a) disposé transversalement, par exemple verticalement, dans le conduit (8) de circulation de la veine gazeuse à haute température, et d'autre part une pluralité d'ailettes (13) disposées perpendiculairement à l'axe du tube fermé (12). 9) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module (2) de transfert thermique passif comprend, à une extrémité un vaporiseur (3), et à l'autre extrémité une pluralité de condenseurs (41,42,43)/structures radiatives (71,72,73), reliées par un conduit (5) adiabatique et un distributeur (13) au condenseur (3). 10) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de modules (2) de transfert thermique passif, distribués selon une dimension du bâtiment, par exemple sa longueur, les vaporiseurs (3) des différents modules respectivement étant disposés et distribués dans le même conduit (8) de circulation de la veine gazeuse à haute température. 11) Installation selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, pour un volume clos du module de transfert thermique, au maximum égal à 25 litres, la section de passage du circuit (5) adiabatique est comprise entre 3 et 4 cm. 12) Installation selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la longueur hors tout du module (2) de transfert thermique, du vaporiseur (3) au condenseur (41,42,43) est inférieure ou égale à 15 m.