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MÉMOIRE DESCRIPTIF
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DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE DE BREVET D'INVENTIONFORMÉE PAR NATIONAL NUCLEAR CORPORATION LIMITED. pour
Caloducs.
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- ------ Demande de brevet anglais n 8228425 du 5 octobre 1982 en sa faveur.
La présente invention concerne des caloducs.
Le rendement d'un caloduc à mèche classique est très fortement réduit si la direction dans laquelle il doit évacuer de la chaleur d'une source de chaleur présente une composante dirigée vers le bas au voisinage immédiat de la source de chaleur, c'est-à-dire si
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l'extrémité absorbant la chaleur du caloduc doit fonctionner dans des conditions pouvant être qualifiées de conditions de"pente négative".
On a proposé, pour assurer que du fluide de travail en phase liquide soit toujours disponible à l'extrémité du caloduc qui absorbe la chaleur, même dans des conditions de pente négative, de prévoir un coude dans le caloduc de telle sorte qu'on puisse l'installer en disposant le coude en dessous de son extrémité absorbant la chaleur et de son autre extrémité dégageant de la chaleur et de telle sorte que, même si la partie du caloduc comprise entre le coude et l'extrémité absorbant la chaleur est inévitablement soumise à des conditions de pente négative, l'extrémité dégageant de la chaleur puisse néanmoins se trouver à une hauteur supérieure à celle de l'extrémité absorbant la chaleur et que du fluide de travail en phase liquide (en supposant qu'il soit présent en quantité suffisante)
soit toujours disponible en quantité adéquate à l'extrémité absorbant la chaleur. On a également proposé, pour améliorer le rendement d'un tel caloduc dans des conditions de pente négative, de séparer les trajets prévus pour le liquide allant vers l'extrémité absorbant la chaleur et pour la vapeur revenant de cette extrémité, et d'une manière spécifique de prévoir, dans un tube extérieur (scellé aux deux extrémités) du caloduc, un tube intérieur à extrémités ouvertes qui s'étend dans le tube extérieur et dont les extrémités s'ouvrent respectivement dans les intérieurs des extrémités fermées respectives du tube extérieur, l'intérieur du tube intérieur procurant le trajet voulu pour la vapeur de l'extrémité absorbant la chaleur vers l'extrémité dégageant la chaleur et l'espace dans l'ensemble annulaire situé dans le tube extérieur,
mais extérieur au tube intérieur constituant le trajet de
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retour pour le fluide de travail dans la phase liquide.
Un caloduc conforme aux suggestions décrites plus haut peut, dès qu'il est mis en route, fonctionner d'une manière très efficace dans des conditions de pente négative, mais en l'absence, à son extrémité absorbant la chaleur, d'une alimentation de chaleur suffisante pour le maintenir en fonctionnement, ses tubes intérieur et extérieur s'inondent à l'extrémité contenant du fluide de travail en phase liquide et il peut être difficile de le remettre en route lorsque l'apport de chaleur est rétabli.
La remise en route implique l'expulsion du fluide de travail liquide au moyen d'un fluide de travail transformé par la chaleur en phase vapeur à partir du trajet prévu pour la phase vapeur et on a en outre suggéré, en vue de faciliter cette expulsion, de prévoir un réservoir communiquant avec l'intérieur du caloduc pour recevoir ce qui sinon constituerait un excès de fluide de travail liquide dès que les conditions de fonctionnement ordinaires ont été établies et que le trajet prévu pour la phase vapeur a été débarrassé du fluide de travail liquide.
On peut remarquer toutefois, que cette proposition connue envisage de raccorder le réservoir à l'intérieur du tube extérieur d'un caloduc dans lequel l'intérieur d'un tube intérieur, comme mentionné plus haut, fournit le trajet prévu pour la phase vapeur : la proposition nouvelle envisage donc de raccorder le réservoir au trajet prévu pour la phase liquide et non pas de recevoir du liquide directement du trajet prévu de la phase vapeur.
Même les propositions précitées pour séparer les trajets du fluide en phase vapeur et du fluide en phase liquide et pour prévoir un réservoir pour la phase liquide ne donnent pas un caloduc sur lequel on peut compter en vue d'un démarrage sûr dans des condi-
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tions de pente négative et l'invention a pour but de procurer un caloduc perfectionné présentant une fiabilité améliorée au démarrage dans des conditions de pente négative.
Suivant l'invention, un caloduc comprend un tube extérieur scellé présentant un coude entre ses extrémités de telle sorte que ses extrémités, formant respectivement une extrémité absorbant de la chaleur et une extrémité dégageant de la chaleur, puissent être situées toutes deux plus haut que le coude et un tube intérieur dans le tube extérieur comportant une extrémité qui s'ouvre à l'intérieur de l'extrémité absorbant de la chaleur du tube extérieur à travers un premier seuil et comportant une seconde extrémité entre le coude et l'extrémité dégageant de la chaleur du caloduc qui s'ouvre vers cette extrémité,
la première extrémité du tube intérieur s'ouvrant à l'intérieur de l'extrémité absorbant de la chaleur du tube extérieur à travers un premier seuil et la seconde extrémité du tube intérieur s'ouvrant vers l'extrémité dégageant de la chaleur du tube extérieur à travers un second seuil, la configuration du caloduc étant telle que même lorsque son extrémité absorbant la chaleur est installée dans des conditions de pente négative, le second seuil est situé plus haut que le premier et du fluide de travail en phase liquide emprisonné au-dessus du second seuil tend à s'écouler à travers le tube intérieur vers l'extrémité du caloduc absorbant de la chaleur.
L'invention sera mieux comprise à l'examen de la description d'une forme d'exécution donnée ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig. 1 est une vue en coupe verticale longitudinale schématique d'un caloduc conforme à
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l'invention ; la Fig. 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle, suivant la ligne II-II de la Fig. l, et la Fig. 3 est une vue en coupe, à l'échelle de la Fig. 2, suivant la ligne III-III de la Fig. 1.
Le caloduc 10 représenté comprend un tube extérieur Il à extrémités scellées et, dans le tube ll, un tube de section relativement petite 12 qui est ouvert aux deux bouts. Une extrémité du caloduc, c'est- à-dire une extrémité 10A absorbant la chaleur, est pourvue, dans le tube 11, d'un évaporateur à mèche 13 et son autre extrémité, l'extrémité lOB dégageant de la chaleur, comporte des ailettes 14 montées extérieurement sur le tube 11 de manière à faciliter la dissipation de la chaleur.
Entre ses extrémités 10A et lOB, le caloduc présente un coude 10C au niveau duquel les deux tubes 11 et 12 sont coudés de manière correspondante de sorte que (comme illustré aux dessins) les deux parties du caloduc peuvent être inclinées par rapport à l'horizontale H et que, même lorsque l'extrémité 10A absorbant la chaleur est soumise à des conditions de pente négative, l'extrémité 10B dégageant de la chaleur peut se trouver à une hauteur supérieure à celle de l'extrémité 10A absorbant de la chaleur. Il convient éventuellement de spécifier que, dans la pratique, les pentes des parties du caloduc pourraient être inférieures à celles que suggère la Fig. 1.
Par exemple, la distance séparant l'extrémité 10A absorbant de la chaleur du coude 10C peut être de 3 ou de 4 m et les conditions de pente négative peuvent être dues simplement au fait que cette partie du caloduc, bien que nominalement horizontale, a été installée sans précision (soit par accident soit de manière inévitable) au point que l'extrémité 10A soit située à quelques cm plus haut (par exemple une ou deux fois le
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diamètre du caloduc) que le coude lOC.
Pour éviter des difficultés de démarrage dans ces conditions, le caloduc représenté est pourvu d'un seuil 15 près de son extrémité 10A absorbant de la chaleur et une extrémité du tube 12 s'ouvre à travers ce seuil 15 vers l'intérieur du tube 11 à l'extrémité 1OA ; et, de plus, un second seuil 16 est prévu près de l'extrémité lOB du caloduc et l'autre extrémité du tube 12 s'ouvre à travers le seuil 16 vers l'intérieur du tube 11 à l'extrémité lOB. La configuration du caloduc est telle que même si son extrémité 10A absorbant de la chaleur est soumise à des conditions de pente négative, le seuil 16 se trouve à une hauteur supérieure au seuil 15.
Par conséquent, tout fluide de travail en phase liquide emprisonné au-dessus du seuil 16 (comme le suggère une surface de liquide 17 sur la Fig. 1) tend à s'écouler à travers le tube 12 et à s'échapper à l'intérieur de l'extrémité lOA absorbant la chaleur du caloduc. Même si la majeure partie de la chaleur s'échappe par-dessus le seuil 15 dans l'espace séparant les tubes 11 et 12 dans la région du coude lOC, une fraction du fluide est emprisonnée par le seuil 15 et est maintenue en contact avec la mèche 13 prête à être vaporisée lorsque de la chaleur est appliquée à l'extrémité 10A.
En raison de la section relativement petite du tube 12 et de sa disposition, de préférence
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dans la partie inférieure du tube 11 au niveau du coude lOC, la bulle de vapeur de plus en plus grande qui est produite, lorsque de la chaleur est appliquée à l'extrémité lOA, vide l'intérieur du tube 11 de préférence à celui du tube 12. Cela étant, dans le caloduc conforme à l'invention, l'espace entre les tubes 11 et 12 constitue le trajet de vapeur par lequel de la vapeur produite à l'extrémité 10A absorbant la chaleur se déplace vers l'extrémité 10B dégageant de la chaleur.
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En étant refroidie à l'extrémité lOB, la vapeur se recondense en liquide qui est alors emprisonné audessus du seuil 16 et l'intérieur du tube 12 constitue le trajet de retour pour le fluide de travail en phase liquide (qui peut être de l'eau sous une pression inférieure à la pression atmosphérique).