Brevet FR2124602A1 — publié le 19720922

La présente invention concerne un procédé pour créer un environnement refroidissant au moyen de substances telles que des sels qui, lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, causent un abaissement de la température. Les systèmes réfrigérants sont maintenant consi dérésldans les pays industriellement développés,comme une nécessité pour le stockage de denrées alimentaires périssables, aussi bien sur le plan industriel que sur le plan domestique et pour des buts de conditionnement de l'air. Le très grand domaine d'emploi de systèmes refrigerants exige cependant un large accès à la puissance électrique.Un grand nombre de pays développés, et spécialement ceux ayant un climat tropical, sont dans des conditions favorables pour produire. par exemple, des produits d'alimentation humaine, mais, en raison des températures élevées enregistrées dans ces pays, il est nécessaire de prévoir des installations de réfrigération adéquate. pour conserver de tels produits tels que le poisson, la viande et analogue, et particulièrement pour permettre de stocker pour des buts d'exportation les quantités en surplus de ces produits d'alimentation. En raison de manque de puissance électrique, les possibilités d'exportation de tels produits en surplus sont fréquemment sérieusement restreintes mêmes dans des pays développés et empêchées dans beaucoup d'autres. Cependant des pays tropicaux et même sous-tropicaux ont accès à de grandes quantités d'énergie solaire pendant de longues périodes de l'année. En conséquence, plusieurs propositions ont été faites pour utiliser l'énergie solaire pour créer un environnement réfrigérant, Mais tous les procédés proposés ont eu simplement pour résultat des températures modérément basses et ne peuvent être appliqués que pour des buts de conditionnement d'air. La présente invention concerne un procédé pour créer un environnement de température inférieure à OOC, en utilisant des substances telles que des sels qui, lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, causent une décroissance de la température. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'on amène de l'eau en contact avec la substance réductrice de température dans un réservoir pourvu,en son fond.d'un orifice de sortie, on utilise la mixture congélatrice ainsi formée pour des buts de réfrigération, on fait passer la mixture à travers un échangeur de chaleur dans lequel elle absorbe de la chaleur de l'eau pour réduire sa température et on amène cette eau en contact avec la substance réductrice de température. La mixture de refroidissement relativement chaude quittant ltéchangeur de chaleur peut être distillée pour chasser l'eau, et le sel obtenu sous forme d'un résidu peut être ramené dans le conteneur. L'énergie solaire peut être utilisée pour distiller la mixture de refroidissement et, pour cela, on peut utiliser des systèmes qui sont connus pour produire de l'eau potable à partir d'eau de mer ou pour récupérer du sel à partir d'eau de mer. Dans les contrées dans lesquelles il y a abondance d'eau potable, la teneur en eau de la mixture peut être évaporée directement dans l'atmosphère environnante.Lorsque l'eau n'est pas en abondance, cependant. l'eau d'évaporation peut être amenée à se condenser sur une structure supérieure, faite de verre, de matière synthétique ou analogue recouvrant la cuve d'évaporation ou analogue. De cette manière, l'eau peut être récupérée pour être réemployée pour la réalisation d'un environnement froid. L'invention est décrite ci-après avec référence aux dessins joints, qui représentent un dispositif d'application du procédé, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe à travers un système réfrigérant conforme à l'invention - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif pour la distillation de la solution de sel utilisée. La figure i montre un caisson isolé thermiquement 10 qui est divisé en un compartiment congélateur 12 et un compartiment réfrigérant 14. Au-dessus du compartiment congélateur 12 est prévu un réservoir 16 dans lequel est disposé un organe agitateur 8. Une canalisation 18 s'étend depuis le réservoir 16 et passe à travers un élément réfrigérant 20 au sommet du compartiment congélateur 12 et une cloison de séparation 22 séparant les compartiments 12 et 14. Elle se continue à travers un élément réfrigérant 24 disposé au sommet du compartiment réfrigérant 14. La conduite 18 passe ensuite à travers un échangeur de chaleur 26 et sort à travers la paroi du compartiment 14 pour se terminer par un tuyau de sortie 18 A. Bien que non représenté sur le dessin, le réservoir 16 peut être pourvu de moyens pour alimenter une substance réductrice de la température utilisée dans le processus de congélation bien que, evidemment, la substance puisse être ajoutée à la main dans le système. L:eau nécessaire pour le processus de réfrigératlon passe à travers le reservoir d'eau 28, dans lequel elle peut être alimentée par une pompe actionnée à la main, à travers une canaliiation 30 vers l'échangeur de chaleur 26 et de là, à travers la conduite 32 vers le réservoir 16 à mixture réfrigérante. Dans la réalisation représentée,I'eau est amenée à s'écouler à travers le système en plaçant les réservoirs respectifs d'une manière telle qu'elle s'écoule à travers les conduites sous l'influence de la gravite.Lorsque la substance de réduction de température. c est-à-dlre le sel, est dissoute dans l'eau, on ebtient une réduction de la température de la solution aqueuse coulant le long de la conduite 18 et à travers les éléments de refroidissement 20 et 24 et ltéchangeur de chaleur 26 vers la sortie 18 A. On voit directement que la solution, lorsqu'elle passe à travers l'élément de refroidissement 20, a une température inférieure à celle qu'elle a lorsqu'elle passe à travers l été ment de refroidissement 24. La chambre 12 aura par conséquent une température inférieure à celle de la chambre 14. Lorsque le système est démarré. l eau alimentée dans le réservoir à mixture de congélation 16 a une température relativement élevée; mais lorsque la solution qui passe à travers la conduite 18 devient plus froide, la température de l'eau alimentée sera également réduite dans l'échangeur de chaleur 26. La température de la mixture de congélation sera donc progressivement réduite, de sorte qu'on obtiendra graduellement dans le compartiment 12 une température inférieure au point de congélation, par exemple de l'ordre de -10 à -150C. Lorsque la solution de sel pénètre dans l'élément de refroidissement 24, sa température a été élevée, mais elle est encore capable d'absorber de la chaleur de la chambre 147 qui peut ainsi être refroidie, par exemple, entre 2 à 50C. La chambre 14 est ainsi un compartiment de réfrigération qui peut être utilisé par exemple,pour préparer les aliments en vue de leur congélation pour leur transfert ultérieur dans le compartiment congélateur i2, en vue de leur congélation et de leur transport vers d'autres lieux. L'eau arrivant du réservoir 28 ne doit pas être refroidie jusqu'à au-dessous de 00C lorsqu'elle traverse l'échangeur de chaleur 26. Pour assurer cela, il est prévu, au point où la conduite 18 pénètre dans l'échangeur de chaleur 26, un organe sensible à la température 34, lequel, à des températures convenables au-dessus de OOC, actionne une soupape de commande 36 laquelle. lorsque la température est trop basse, interrompt l'alimentation d'eau vers le réservoir à agent réfrigérant 16 et arrête l'écoulement à travers la conduite 18 qui permet à la température de la solution de croître, à la suite de quoi la soupape 36 s'ouvre à nouveau. Cette soupape 36 peut également être positionnée à la main pour régler la température dans le compartiment réfrigérant 14. Le tuyau de sortie 38 du réservoir à mixture de congélation 16 est,de préférence ,recouvert par un filtre au dispositif analogue empêchant le sel non dissous de pénétrer dans la conduite 18. Au-dessous de l'orifice 38, un tube 40 s'étend à partir de la conduite is, sort à travers la paroi de l'envelop- pe et est connecté avec un tube de niveau d'eau 42. Un flotteur peut être disposé dans le tube 42 pour empêcher le niveau du liquide dans le réservoir i6 de s'élever au-dessus d'un niveau prédéterminé lorsque l'eau est alimentée dans le réservoir. En outre, le tube 40 et le tube de niveau d'eau 42 permettent la sortie à l'atmosphère de l'air qui pourrait être emprisonné audessous du filtre recouvrant l'orifice 38. Le système peut également comprendre des robinets de fermeture actionnés à la main, par exemple un robinet 44 placé à la sortie du réservoir à eau 28. La figure 2 est une vue schématique d'une installation pour l'évaporation de la solution de sel consommée, à partir de sa sortie 18A. Dans la réalisation représentée dans la figure 2, un réservoir i6 est logé au-dessus de l'enveloppe 48 qui est protégée contre la chaleur du soleil, la solution qui sort de la sortie 18A étant amenée dans le réservoir 46. Celui-ci est pourvu d'un fond incliné 46A et il est pourvu son extrémité la plus bassefd'un tuyau d'évacuation 50 qui est connecté à son extrémité inférieuresà un tuyau ascendant incliné 52 communiquant avec l'extrémité la plus étroite du réservoir 46. Un tuyau 54 s'étend vers le bas à partir du point de jonction des tuyaux 50 et 52, le tuyau 54 étant pourvu en bas d'un couvercle étanche 56.Le tuyau 54 s'étend dans un puits 58 qui, dans cet exemple, est placé au-dessous du niveau du sol.. Comme indiqué par les flèches dans la figure 2, la surface du liquide dans le réservoir 46 est exposée aux rayons du soleil, ainsi qu'également le tuyau 52. Comme le tuyau 50 est place à l'intérieur de l'enveloppe 48, qui est pourvue d'orifices de ventilation 60, le liquide dans le tuyau 50 sera légè- rement refroidi, de sorte que le liquide circule du réservoir 46 à travers le tuyau 50 et monte à travers le tuyau 52 en retour vers le réservoir 46. En raison de l'évaporation de l'eau du ré-servoir 46, la concentration du sel dans la solution augmentera et,avec une décroissance de la température dans le tuyau 50, du sel sera séparé par précipitation, le sel étant collecté dans le tuyau 54 pour en être évacué périodiquement. Pour améliorer la circulation de la solution dans le système évaporateur. la solution de sel relativement froideqsortant en 18A, peut, comme montré dans la figure 2, être passée à travers un tuyau 62 s'avançant à l'intérieur du tuyau d'évacuation 50 pour abaisser la température dans ce tuyau, et, si nécessaire ou souhaitable, le tuyau ascendant 52 peut être pourvu de moyens de chauffage. Pour accroître la chaleur absorbée à partir du soleil, le fond du réservoir 46 peut être coloré en noir, ainsi que la face du tuyau ascendant incliné 52 faisant face à l'enve- loppe 48, tandis que la face extérieure du tuyau 52 peut être prévue perméable à la lumière. Dans l'exemple représenté dans la figure 2, il a été admis que l'eau évaporée pouvait s'échapper dans l'atmosphère. Cependant, il est également possible de monter, d'une manière connue, au-dessus du réservoir 46, un toit incliné en verre ou matière plastique, contre lequel la vapeur d'eau se condense et est ramenée vers les bords où elle peut être collectés pour être réutilisée. Toute substance convenable qui, lorsqu'elle est dissoute dans l'eau, provoque une réduction de la température, peut être utilisée en application du procédé de l'invention. De bons résultats ont été obtenus avec le chlorure d'ammonium, bien que d'autres sels sont également concevables, par exemple du nitrate de sodium et du nitrate d'ammonium. Le système représenté dans la figure 1 est seule ment destiné à servir d'exemple d'un dispositif de réalisation de l'invention. Dans certains cas, par exemple, lorsqu'on désire avoir accès à de la glace pour refroidir des aliments dans leur transport, le système peut être modifié d'une maniètre telle que l'élément réfrigérant 20 est construit, par exemple,en forme d'un caisson plat placé dans un espace arrangé dans la conduite 32 et traversé par l'eau alimentée vers le réservoir 16. De cette manière, une partie de l'eau forme de la glace sur l'élément réfrigérant et la glace peut être retirées si on le désire, soit en continu soit périodiquement. Dans le dernier cas, on peut utiliser avec avantage deux éléments réfrigérants à connecter alternativement. il est également possible, dans le but de produire de la glace, de construire le réservoir 16 d'une manière telle qu'il soit baigné-par l'eau alimentée dans le système de manière à former de la glace sur la face extérieure du réservoir, et le réservoir peut être construit de manière à pouvoir être soulevé ou pivoter pour enlever la coche de glace formée sur lui. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Procédé pour réaliser un milieu réfrigérant au moyen de substances qui, lorsqu'elles sont dissoutes dans l'eau, provoquent un abaissement de la température, procédé carac térisé en ce qu'on amène de l'eau en contact avec la substance réductrice de température dans un réservoir pourvu, en son fond, d'un orifice de sortie, on utilise la mixture congélatrice ainsi formée pour des buts de réfrigération , on fait passer la mixture à travers un échangeur de chaleur dans lequel elle absorbe de la chaleur de l'eau pour réduire sa température, et on amène cette eau en contact avec la substance réductrice de température. 20) Procédé suivant la revendication 1, carac térisé en ce qu'on fait passer la mixture de congélation à travers un élément refroidisseur dans un compartiment de refroidissement avant le passage de la mixture à travers l'échangeur de chaleur. 30) Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on fait passer l'eau provenant de 1 changeur de chaleur autour d'au moins un élément refroidisseur, de sorte que l'eau forme de la glace sur l'élément refroidisseur, après quoi on enlève la glace et on l'utilise pour des buts de réfrigération. 40)Appareil pour l'applicationduprocédé suivant suivant l'une quelconque des revendications de rà 3, caractérisé en ce qu'il comptend un réservoir pour une mixture congélatrice qui est pourvu d'une sortie et à partir duquel une conduite s'étend vers un échangeur de chaleur dans lequel la mixture prend la chaleur pour l'eau de refroidissement traversant l'échangeur, avant que l'eau soit alimentée dans le réservoir. 50) Appareil suivant la revendication 4, carac térisé en ce que, dans la conduite entre le réservoir et l'échan- geur de chaleur, est disposé un élément refroidisseur traversé par la mixture congélatrice, dans le but de refroidir un espace entourant cet élément. 60) Appareil suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par des moyens pour faire passer l'eau glacée dans l'échangeur de chaleur en contact avec l'élément refroidisseur pour provoquer la formation de glace sur sa surface. 70) Appareil suivant la revendication 6 caractérisé en ce que l'élément refroidisseur constitue lui-même le réservoir.