Brevet FR3098577A1 — publié le 20210115

Description Titre de l'invention : SYSTEME THERMIQUE AVEC DES CALODUCS PRESENTANT DES TUBES EN BOUCLE Domaine technique [0001] La présente invention concerne un système thermique avec des caloducs présentant des tubes en boucle fermée. Technique antérieure [0002] La Fig. 5 montre un système thermique 500 de l'état de la technique et la Fig. 6 montre le système thermique 500 en coupe. Le système thermique 500 comporte un collecteur 502 dans lequel circule un fluide à réchauffer, classiquement de l'eau. [0003] Le système thermique 500 comporte un caloduc 504 qui présente un tube extérieur 506 et un tube intérieur 508 qui est rempli d'un fluide caloporteur et dont une partie haute plonge dans le collecteur 502. Un joint d'étanchéité 512 s'étend autour du tube extérieur 506 entre ledit tube extérieur 506 et le collecteur 502. [0004] Le caloduc 504 est classiquement disposé en biais pour présenter une plus grande smface orientée vers le soleil qui est ici représenté par ses rayonnements directs 50. [0005] Classiquement, le caloduc 504 présente également un élément ressort 510 disposé entre le fond du tube extérieur 506 et le fond du tube intérieur 508 et qui permet de supporter le fond du tube intérieur 508 en cas de dilatation/contraction. [0006] La partie chaude du fluide caloporteur circule dans le tube intérieur 508 du fond vers la partie haute pour réchauffer le fluide du collecteur 502 et après échange thermique avec le fluide du collecteur 502, le fluide caloporteur redescend vers le fond pour se réchauffer. Le fluide caloporteur chaud et le fluide caloporteur froid circulent donc dans le même espace ce qui tend à entraîner une baisse de la température du fluide caloporteur chaud. [0007] Bien qu'une telle installation donne de bons résultats, il est souhaitable de trouver un arrangement qui permet d'avoir un meilleur rendement et qui présente entre autres une meilleure exposition au soleil. Exposé de l'invention [0008] Un objet de la présente invention est de proposer un système thermique avec des caloducs présentant des tubes en boucle fermée. [0009] A cet effet, est proposé un système thermique comportant : [0010] - un collecteur qui délimite un volume de transfert dans lequel circule un fluide à ré- chauffer. et [0011] - un caloduc qui présente un tube extérieur et un tube intérieur rempli d'un fluide ca- loporteur et logé en partie dans le tube extérieur où un volume de chauffe hermétique 2 est délimité entre le tube extérieur et le tube intérieur, [0012] où le tube intérieur forme une boucle qui comporte un tronçon inférieur courbe, un tronçon supérieur qui s'étend entre le tronçon inférieur courbe et le volume de transfert et un tronçon inférieur qui s'étend entre le tronçon inférieur courbe et le volume de transfert, et où le tronçon supérieur est disposé au-dessus du tronçon inférieur. [0013] Ainsi, le fluide caloporteur circule dans le tronçon supérieur pour être chauffé et n'est pas perturbé par le fluide caloporteur qui redescend ici dans le tronçon inférieur. [0014] Avantageusement, le tube intérieur comporte en outre un tronçon supérieur courbe qui plonge dans le volume de transfert et qui est fluidiquement connecté entre le tronçon inférieur et le tronçon supérieur. [0015] Avantageusement, le profil du tronçon supérieur prend la forme d'un arc de couronne avec une face bombée et une face en creux, la face bombée est destinée à être orientée vers les rayonnements directs du soleil et le tronçon inférieur se positionne globalement à l'intérieur de la face en creux. [0016] Selon un premier mode de réalisation particulier, le profil du tronçon inférieur prend la forme d'un cercle. [0017] Selon un deuxième mode de réalisation particulier, le profil du tronçon inférieur prend la forme d'un profil en oblong dont l'axe principal est destiné à être orienté parallèlement à la direction des rayonnements directs. [0018] Avantageusement, le système thermique comporte, au niveau de sa partie haute, une plaque de séparation percée de deux alésages, l'un permettant le passage du tronçon supérieur et l'autre permettant le passage du tronçon inférieur. Brève description des dessins [0019] Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, appa- raîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple dc réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : [0020] [fig.1] est une vue de côté d'un système thermique selon l'invention, [0021] W8.21 est une vue en perspective d'un détail du système thermique de la Fig. 1, [0022J [fig.3] est une vue en coupe selon la ligne III-Ill de la Fig. 1 d'un caloduc selon un premier mode de réalisation de l'invention, [0023] [fig.4] est une vue similaire à celle de la Fig. 3 pour un caloduc selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, [0024] [fig.5] est une vue de côté d'un système thermique de l'état de la technique, et [0025] [fig.6] est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la Fig. 5 d'un caloduc de l'état de la technique. [0026] EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION [0027] La Fig. 1 montre un système thermique 100 selon l'invention qui comporte un 3 collecteur 102 qui délimite un volume de transfert dans lequel circule un fluide à réchauffer, classiquement de l'eau. [0028] Le système thermique 100 comporte au moins un caloduc 104 qui présente un tube extérieur 106 et un tube intérieur 108 qui est rempli d'un fluide caloporteur et qui est logé en partie dans le tube extérieur 106 et dont une partie haute plonge dans le collecteur 102. L'espace délimité entre le tube extérieur 106 et le tube intérieur 108, plus précisément à l'intérieur du tube extérieur 106 et à l'extérieur du tube intérieur 108, constitue un volume de chauffe à travers lequel les rayons du soleil viennent chauffer le fluide caloporteur contenu dans le tube intérieur 108. [0029] Les rayons du soleil induisent des rayonnements directs 50 provenant directement du soleil et des rayonnements indirects comme par exemple des rayonnements réfléchis latéraux 54 qui proviennent sur les côtés par rapport aux rayonnements directs et des rayonnements diffus 56 qui proviennent de l'arrière du tube extérieur 106 qui sont représentés sur les Figs. 3 et 4. [0030] Le volume de chauffe est hermétique et sous vide. Le tube extérieur 106 est cy- lindrique et hermétiquement fermé et, à cette fin, il comporte un fond 110 disposé au niveau d'une partie basse du tube extérieur 106 et une plaque de séparation 112 disposée au niveau d'une partie haute du tube extérieur 106 pour fermer hermétiquement le volume de chauffe. [0031] Le tube extérieur 106 est fixé au collecteur 102 et ici la plaque de séparation 112 assure également la séparation entre le volume de chauffe et l'intérieur du collecteur 102. [0032] Un joint d'étanchéité 128 s'étend autour du tube extérieur 106 entre ledit tube extérieur 106 et le collecteur 102. [0033] En utilisation, le caloduc 104 est disposé en biais par rapport aux rayonnements directs 50. [0034] Dans le mode de réalisation de l'invention présenté ici, le tube intérieur 108 forme une boucle fermée qui s'étend entre le volume de chauffe et le volume de transfert. [0035] La boucle fermée comporte un tronçon inférieur courbe 120 qui forme un virage à 1800 et qui se situe dans le volume de chauffe, un tronçon supérieur courbe 122 qui forme un virage à 1800 et qui se situe dans le volume de transfert, un tronçon supérieur 124 qui se situe dans le volume de chauffe et qui s'étend entre le tronçon inférieur courbe 120 et le tronçon supérieur courbe 122 et un tronçon inférieur 126 qui se situe dans le volume de chauffe et qui s'étend entre le tronçon inférieur courbe 120 et le tronçon supérieur courbe 122. Le tronçon supérieur courbe 122 plonge dans le fluide présent dans le collecteur 102 afin d'assurer le transfert thermique entre le fluide caloporteur et le fluide à réchauffer. D'une manière plus générale, le tronçon supérieur 124 s'étend entre le tronçon inférieur courbe 120 et le volume de transfert par l'intermédiaire du tronçon supérieur courbe 122 qui y plonge et le tronçon inférieur 126 s'étend entre le tronçon inférieur courbe 120 et le volume de transfert par l'intermédiaire du tronçon supérieur courbe 122. [0036] Dans un autre mode de réalisation non représenté, le tube intérieur 108 forme une boucle ouverte qui s'étend dans le volume de chauffe et le volume de transfert où le fluide caloporteur est en communication fluidique avec le fluide à réchauffer qui circule dans le collecteur 102. Cc mode de réalisation est utilisé lorsque le fluide caloporteur et le fluide à réchauffer sont identiques, par exemple de l'eau. [0037] La boucle ouverte comporte alors un tronçon inférieur courbe 120 qui forme un virage à 180' et qui se situe dans le volume de chauffe, un tronçon supérieur 124 qui se situe dans le volume de chauffe et qui s'étend entre le tronçon inférieur courbe 120 et le volume de transfert et un tronçon inférieur 126 qui se situe dans le volume de chauffe et qui s'étend entre le tronçon inférieur courbe 120 et le volume de transfert. [0038] Chaque tronçon 124, 126 forme ici un tronçon rectiligne. [0039] En utilisation, le tronçon supérieur 124 est disposé au-dessus du tronçon inférieur 126, c'est-à-dire que le tronçon supérieur 124 est directement éclairé par les rayonnements directs 50 tandis que le tronçon inférieur 126 est cache des rayonnements directs 50 par le tronçon supérieur 124. [0040] Le tronçon supérieur 124 se trouve ainsi plus exposé aux rayonnements directs 50 que le tronçon inférieur 126 et le fluide caloporteur est ainsi plus chauffé dans le tronçon supérieur 124 que dans le tronçon inférieur 126 et un courant de fluide caloporteur est ainsi créé dans la boucle fermée. Le courant est représenté sur la Fig. 1 par les flèches 52a-b. Le fluide caloporteur circulant dans le tronçon supérieur 124 est ainsi chauffé et n'est pas perturbé par le fluide caloporteur qui redescend ici dans le tronçon inférieur 126. [0041] Dans le cas de la boucle fermée, le fluide caloporteur circule ainsi en boucle fermée dans le tube intérieur 108. [0042] Dans le cas de la boucle ouverte, le fluide caloporteur circule dans la boucle ouverte et s'écoule dans le fluide à réchauffer clans le collecteur 102 par le tronçon supérieur 124 afin d'assurer le transfert thermique et de la même manière, le fluide à réchauffer s'écoule dans le tronçon inférieur 126. [0043] La différence entre ce mode de réalisation et le mode de réalisation précédent réside donc dans l'absence du tronçon supérieur courbe 122, mais dans les deux cas, un courant de fluide caloporteur se créé dans la boucle afin de réchauffer le fluide à réchauffer. [0044] Dans le cas d'une boucle fermée, le tube intérieur 108 comporte ainsi en outre le tronçon supérieur courbe 122 qui plonge dans le volume de transfert et qui est flui- diquement connecté entre le tronçon inférieur 126 et le tronçon supérieur 124. [0045] Un tel arrangement permet d'accroître l'effet thermosiphon naturel en augmentant la vitesse de circulation du fluide caloporteur. [0046] La Fig. 3 montre un premier mode de réalisation du tube intérieur 108 et la Fig. 4 montre un deuxième mode de réalisation du tube intérieur 108. Chaque Fig. 3 ou 4 montre le profil du tronçon supérieur 124 et le profil du tronçon inférieur 126 dans un plan normal à l'axe du tube extérieur 106. [0047] Dans le mode de réalisation de la Fig. 3 et de la Fig. 4, le profil du tronçon supérieur 124 prend la forme d'un arc de couronne avec une face bombée et une face en creux, où la face bombée est orientée vers les rayonnements directs 50 et où la face en creux est orientée vers les rayonnements diffus 56, c'est-à-dire à l'opposé de la face bombée. De préférence, l'arc de couronne s'étend sur un angle de 1800 pour capter au mieux les rayonnements directs 50. [0048] Le tronçon inférieur 126 se positionne globalement à l'intérieur de la face en creux. On entend par « globalement » le fait que le tronçon inférieur 126 peut être positionné plus ou moins à l'intérieur de l'arc de couronne, selon les caractéristiques mécaniques de l'ensemble comme par exemple l'étendue angulaire de l'arc de couronne, les dimensions et la forme du tronçon inférieur 126. [0049] D'une façon générale, le tronçon supérieur 124 présente une forme étalée qui lui permet de capter le maximum de rayonnements et le tronçon inférieur 126 présente une forme ramassée pour capter le minimum de rayonnements. [0050] Dans le mode de réalisation de la Fig. 3, le profil du tronçon inférieur 126 prend la forme d'un cercle. [0051] Dans le mode de réalisation de la Fig. 4, pour minimiser encore plus l'impact des rayonnements diffus 56 sur le fluide caloporteur circulant dans le tronçon inférieur 126, celui-ci présente un profil en oblong dont Faxe principal est orienté parallèlement à la direction des rayonnements directs 50 et diffus 56. [0052] Le caloduc 104 présente également un élément ressort 109 disposé entre le fond 110 du tube extérieur 106 et le fond du tube intérieur 108 et qui permet de supporter le fond du tube intérieur 108 en cas de dilatation/contraction. Le fond du tube intérieur 108 est matérialisé ici par le tronçon inférieur courbe 120. [0053] La Fig. 2 montre une vue éclatée au niveau de la partie haute du tube extérieur 106. [0054] La plaque de séparation 112 prend la forme d'une pastille de verre dont le périmètre est soudé aux bords du tube extérieur 106 et qui est percée de deux alésages 202a-b, l'un permettant le passage du tronçon supérieur 124 et l'autre permettant le passage du tronçon inférieur 126. [0055] Pour garantir l'étanchéité du tube extérieur 106, chaque tronçon 124, 126 est soudé à la plaque de séparation 112 au niveau de l'alésage 202a-b qu'il traverse. 6 REVENDICATIONS[Revendication 1] Système thermique (100) comportant : - un collecteur (102) qui délimite un volume de transfert dans lequel circule un fluide à réchauffer, et - un caloduc (104) qui présente un tube extérieur (106) et un tube intérieur (108) rempli d'un fluide caloporteur et logé en partie dans le tube extérieur (106) où un volume de chauffe hermétique est délimité entre le tube extérieur (106) et le tube intérieur (108), où le tube intérieur (108) forme une boucle qui comporte un tronçon inférieur courbe (120), un tronçon supérieur (124) qui s'étend entre le tronçon inférieur courbe (120) et le volume de transfert et un tronçon inférieur (126) qui s'étend entre le tronçon inférieur courbe (120) et le volume de transfert, et où le tronçon supérieur (124) est disposé au-dessus du tronçon inférieur (126). [Revendication 2] Système thermique (100) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube intérieur (108) comporte en outre un tronçon supérieur courbe (122) qui plonge dans le volume de transfert et qui est fluidiquement connecté entre le tronçon inférieur (126) et le tronçon supérieur (124). [Revendication 3] Système thermique (100) selon l'une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que le profil du tronçon supérieur (124) prend la forme d'un arc de couronne avec une face bombée et une face en creux, en ce que la face bombée est destinée à être orientée vers les rayonnements directs (50) du soleil et en ce que le tronçon inférieur (126) se positionne globalement à l'intérieur de la face en creux. [Revendication 4] Système thermique (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le profil du tronçon inférieur (126) prend la forme d'un cercle. [Revendication 5] Système thermique (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le profil du tronçon inférieur (126) prend la forme d'un profil en oblong dont l'axe principal est destiné à être orienté parallèlement à la direction des rayonnements directs (50). [Revendication 6] Système thermique (100) selon l'une des revendications 1 à 5, ca- ractérisé en ce qu'il comporte, au niveau de sa partie haute, une plaque de séparation (112) percée de deux alésages (202a-b), l'un permettant le passage du tronçon supérieur (124) et l'autre permettant le passage du tronçon inférieur (126).