Brevet FR2324477A1 — publié le 19770415

La présente invention se réfère à un procédé et à un dispositif de réfrigération dair pour les véhicules automobiles, lequel offre des avantages exceptionnels sur l'ensemble des systèmes connus, car-- il consomme, directement à partir du moteur desdits véhicules, une quantité pratiquement nulle d'énergie puisque celle dont il a besoin est fournie par la chaleur de l'eau du circuit de refroidissement, ou dutuyau d'échappement, ou d'un autre lieu où la chaleur est gaspillée, laquelle, autrement, serait jetée à l'atmosPhère, toute son énergie étant perdue. Par conséquent, cette invention vise, notamment, un procédé dXuti- lisation de la chaleur résiduelle produite par les véhicules automobiles, pour remplacer la fonction du compresseur dans un circuit de réfrigération mécanique. Le système revendiqué est à réponse rapide et il peut être mis en oeuvre avec une rentabilité évidente pour n'importe quelle grandeur et puissance, et est susceptible d'strie employé sur un véhicule en marche,lequel, ayant besoin de son énergie pour sa traction, ne peut en fournir davantage pour d'autres besoins tels que la réfrigération obtenue au moyen d'un circuit de base de réfrigération mécanique. Le grand avantage du procédé et du dispositif selon la présente invention est qu'on n'a pas besoin dtun supplément d'énergie prise sur la puissance mécanique fournie par le moteur ; on utilise simplement et avantageusement l'énergie calorifique résiduelle de l'eau du circuit de refroidissement, ou provenant d'une source quelconque de chaleur résiduelle du véhicule automobile, pouvant entre celle qui est produite par le tuyau d'échappement (ce système étant apte à etre utilisé meme à basse température). Ce dispositif fonctionne d'une manière rationnelle et sinople, par l'évaporation totale et à basse pression d'un réfrigérant du mtme type et de la meme manière que dans les systèmes de réfrigération mécaniques classiques. L'installation selon l'invention est remarquable en ce que son système de compression comporte une chaudière assurant ltébulli tion du liquide réfrigérant, ladite chaude fonctionnant par circulation d'eau chaude chauffée par une source de chaleur résiduelle du moteur des véhicules automobiles telle que, par exemple, celle provenant du circuit de refroidissement dudit moteur, ou bien d tuyau d'échappement ; ledit système comportant encore un organe assurant l'aspiration de la vapeur provenant de l'évaporateur et assurant son entratnement vers le condenseur, ledit organe étant actionné par la vapeur active produite par ladite chaudière. Ces caractéristiques, buts et avantages, et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique d'une première forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 2 illustre, par une vue schématique, une autre forme d'exécution du système de réfrigération d'air revendiqué. Selon la figure 1, on peut voir une chaudière 1 dans laquelle arrive l'eau chaude 2 provenant du circuit de refroidissement du moteur du véhicule. On pourrait, de la mSme façon, utiliser l'eau du circuit de chauffage du véhicule en prévoyant simplement une dérivation sur dernier, ou l'eau d'un circuit prenant la chaleur du tuyau dXéchappement. Cette eau chaude 2 transmet son enthalpie, en partie, à une petite chaudière à tubes 3 logée dans la chaudière 1 et contenant une partie du liquide réfrigérant lequel est choisi pour sa capacité à bouillir à basse température et à haute pression de vapeur et est notamment approprié pour que, à la température de l'eau de refroidissement du moteur (So0c environ), il bout et se réchauffe en atteignant une pression élevée. La vapeur active produite sort par un éjecteur à vapeur 4 comprenant une tuyère à double canne 5 ; le jet de vapeur motrice produite par ledit éjecteur aspirant et entraînant la vapeur provenant de l'évaporateur 7 relié à ladite tuyère par une conduite appropriée. L'évaporateur est installé dans l'habitacle à réfrigérer 6. Compte tenu de la basse pression existant par le fait du vide produit par l'éjecteur à vapeur 4-5, le liquide réfrigérant emmagasiné à basse température dans ltévaporateur 7 s'évapore par ébullition, en entraînant, par l'accroissement de l'enthalpie que cela implique, la chaleur de l'ambiance. Il est possible de favoriser cette extraction de chaleur par l'emploi d'un ventilateur qui peut être avantageusement le ventilateur prévu pour assurer la circulation de l'air chaud du chauffage, ledit ventilateur établissant un courant d'air accélérant le processus de transfert de chaleur. La vapeur active et la vapeur entratnée sont mélangées dans la tuyère dans une proportion qui dépend principalement de la forme de cette dernière, et la vapeur mélangée est conduite à un condenseur 8 où elle est liquéfiée à une température pré-établie, pour cèder à l'air extérieur 9, l'enthalpie qui avait été prise de l'ambiance à conditionner. Le liquide condensé suit alors deux chemins : une partie dudit liquide revient à la chaudière 3 dans laquelle il est introduit au moyen d'un injecteur à vapeur 10 alimenté par la vapeur produite par ladite chaudière. Dans ce but, on peut également utiliser une pompe dont la consommation serait très faible. L'autre partie du liquide réfrigérant provenant du condenseur 8 va à l'évapora- teur 7 à travers un détendeur 11 qui étrangle son passage et provoque une chute delta pression qui permet de maintenir dans ledit évaporateur la basse pression nécessaire pour l'expansion du liquide réfrigérant. Selon le principe précédemment exposé, on a prévu une variante d'exécution consistant à remplacer la tuyère à double cne et l'éjecteur correspondant, de manière à utiliser la vapeur active sortant de la chaudière pour faire fonctionner une turbine, ou un système semblable, qui actionne une pompe à vide d'un deuxième circuit connecté à l'évaporateur. Avec la prévision des éléments susmentionnés, on crée un double circuit, le premier étant le circuit moteur et le second le circuit de réfrigération ; la vapeur provenant des deux circuits passant à la phase de condensation, le premier retournant à la chaudière à travers un injecteur à vapeur et le deuxième à l'évapora- teur à travers le détendeur, et par conséquent, dans ce cas, le liquide employé pour les deux circuits peut entre différent La figure 2 montre, à titre de simple exemple non limitatif, un schéma du système de réfrigération avec adoption d'un dispositif de turbine et pompe à vide au lieu de la tuyère à double cane. On précise que, sur cette figure, les éléments fonctionnellement équivalents à ceux de la figure 1 ont la meme référence numérique. Schématiquement, on peut voir la chaudière 1 à laquelle arrive l'eau chaude 2 provenant du circuit de refroidissement ou autre source d'énergie résiduelle produite par le moteur du véhicule automobile. Cette eau chaude 2 transmet sont enthalpie, en partie, à une petite chaudière à tubes logée dans la chaudière 1 et conte nant une partie du liquide réfrigérant lequel est choisi en fonction de sa capacité à bouillir à basse température et à haute pression de vapeur. La vapeur active produite fait fonctionner ùne turbine 13 ou un système analogue qui actionne une pompe à vide 14 connectée à l'évaporateur 7 au moyen d'une canalisation appropriée. La vapeur d'un premier circuit ou circuit moteur 15 sort de la turbine 13, tandis que la vapeur dlun second circuit ou circuit de réfrigération 16 sort de la pompe à vide 14 ; la vapeur provenant de ces deux circuits passe à la phase de condensation,dans le condenseur 8, le premier retournant à la chaudière à travers un injecteur de vapeur 10, et le deuxième à l'évaporateur 7, à travers un détendeur 11. Un avantage spécial de cette utilisation de l'énergie résiduelle du moteur du véhicule automobile découle de la possibilité de produire de l'énergie mécanique, car la vapeur active qui sort de la petite chaudière 3 actionne une turbine en considérant seulement le circuit moteur (chaudière-turbine-condenseur-injec- teur-chaudière). On expose ci-après un exemple pratique des valeurs que doivent avoir les paramètres, dans le cas de la réfrigération de l'habi- tacle d'un véhicule automobile, en considérant le maximum dtinso- lation possible, en été, et ayant une capacité maximale de cinq occupants. Il faut éliminer les Kcal/heure ci-après, produites - par l'insolation - 700 tcal/hm2 x 5 m2 5 3.500 Kcal/heure - par les personnes - 100 Kcal/h,pers. x 5 pers. = 500 tcalZheure Total - 4.000 tcal/heure. La source énergétique dont on dispose est de l'eau à 8O0C, comme indiqué précédemment. Stant donné que l'on a prévu que la pression de la vapeur active, pour la tuyère choisie, serait de 5 kgs/cm2 environ (valeur qui est très normale), on peut utiliser, comme liquide réfrigérant, le Fréon-11 qui, à 800C a une pression de vapeur de 5 Kgs/cm2. Pour sa part, le condenseur doit fonctionner à 400C, car il est destiné à éliminer la chaleur à la température ambiante en plein été. Par conséquent, la condensation du liquide réfrigérant choisi aura lieu à 1,8 Kgs/cm2 de pression. Finalement, dans l'évapora- teur, on doit maintenir une température de 150C pour la communiquer à l'ambiance, ce qui nécessite le maintien d'une pression, 2 dans ce dernier, de 0,75 Kgs/cm . Etant donné qu'à cette tem.pé- rature la chaleur latente de vaporisation du Fréon-4l est de 44,20 Kcal/Kg, pour prendre les 4.000 Kcal/heure de l'ambiance, devront circuler 4.000/44,20 = 90,5 Kg de liquide réfrigérant par heure, ce qui, pour l'éjecteur choisi, impliquera une production de vapeur active de 90,5 x 2,4 = 217 Kg/heure. l'énergie dont on a besoin pour l'obtenir dépend du saut enthalpique devant entre communiqué au liquide à vaporiser dans la chaudière. Comme il provient du condenseur à 400C et doit entre vaporisé à 800C ; cette enthalpie correspond à la différence entre celles correspondant au réfrigérant à ces deux températures 63 - 16 = 47 Kcal/Kg. Dans ces conditions, étant don-né que l'on vaporise 217 Kgs par heure, énergie calorifique totale dont on a besoin est de : 217 x 47 = 10.199 Kcal/heure. Pour sa part, l'énergie maximale que peut apporter l'eau de re froidissement du moteur est celle que prend le radiateur, si nous supprimons ce dernier. En partant de ce qu'elle serait de 20 % environ de la puissance calorifique du combustible (essence dans ce cas), elle sera équivalente à la quantité Régime Energie entratnée par l'eau 4.000 t/min, 7.650 x 0,2 x 5 x 1C 5 x 4.000 x 60 =18.360 Kcal/h. 2.000 t/min. 7.650 x 0,2 x 7,5 x 10 5x 2000 x 60 =13770 Kcal/h. En tout cas, au-dessus de la quantité maximale nécessaire pour la production de frigories. Il faut signaler aussi que le système selon l'invention peut être appliqué avantageusement dans l'industrie et pour des applications domestiques, ainsi que dans tous les cas où la réfrigéra- tion mécanique, grâce à sa flexibilité, rapidité de réponse, etc.., sera plus avantageuse que le système d'absorption, mais en profitant, comme ce dernier, de la chaleur résiduelle qui, comme cela a été souligné, se dégage dans beaucoup de procédés, et à un coût d'investissement inférieur à n'importe lequel des deux. On obtiendrait également de grands avantages en utilisant l'énergie solaire. Dans l'exécution pratique de l'objet de la présente invention, on peut varier tous les détails qui n'affectent pas, en la chan geant ou en la modi iant, sa propre essence. Par conséquent, un dispositif quelconque utilisé généralement pour augmenter le rendement du système, tels que les échangeurs de chaleur, séparateurs liquide:vapeur, et unités multiples d'évaporation ou compression qui sont habituellement employés dans les systèmes classiques de réfrigération, pourrait être appliqué au procédé et à l'installation revendiqués, sans affecter son essence. REVENDICATIONS 1. - Installation de réfrigération d'air, notamment pour véhicules automobiles, au moyen de l'évaporation d'un fluide réfrigérant, comportant un évaporateur pour l'évaporation dudit fluide et un condenseur pour la liquéfaction de la vapeur provenant de l'évaporateur, caractérisée en ce que le système de compression de ladite installation comporte une chaudière assurant l'ébul- lition du liquide réfrigérant, ladite chaudière fonctionnant par circulation d'eau chaude chauffée par une source de chaleur résiduelle du moteur desdits véhicules, telle que, par exemple, celle provenant du circuit de refroidissement dudit moteur, ou du tuyau dléchappement. 2. - Installation de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe permettant l'aspiration de la vapeur provenant de l'évaporateur et assurant son en tratnement vers le condenseur,ledit organe étant actionné par la vapeur active produite par ladite chaudière. 3. - Installation de réfrigération d'air, notamment pour véhicules automobiles, caractérisée en ce qu'elle comprend une chaudière dans laquelle est introduite de l'eau chauffée à une température élevée par la chaleur résiduelle du moteur desdits véhicules, telle que, par exemple, celle provenant du circuit de refroidissement dudit moteur, ou dutu-yau d'échappement, laquelle transmet son enthalpie au liquide réfrigérant qui bout et se réchauffe en atteignant une pression élevée et en produisant une vapeur active laquelle, à travers un système d'éjecteur et tuyère à double cane, assure l'entratnement,en direction du condenseur, de la vapeur aspirée de l'évaporateur installé dans l'habitacle à réfrigérer et dans lequel stévapore le réfrigérant emmagasiné à basse température, par ébullition, en entraînant la chaleur de l'ambiance la vapeur active et la vapeur entraînée étant mélangées dans ladite tuyère et la vapeur mélangée est conduite audit condenseur où elle est liquéfiée pour cèder à 11 extérieur l'enthalpie prise de l'ambiance à réfrigérer ; le liquide condensé suivant alors deux circuits : un premier circuit par lequel il retourne à la chaudière, et un second circuit l'acheminant jusqu'à l'évaporateur, à travers un détendeur qui étrangle son passage et provoque une chute de la pression permettant l'expansion du liquide réfrigérant dans ledit évaporateur. 4. - Installation de réfrigération d'air suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la vapeur active sortant de la chaudière fait fonctionner une turbine installée sur un premier circuit ou circuit moteur, ladite turbine actionnant une pompe à vide d1un deuxième circuit connecté à l1évaporateur, ladite installation comportant un double circuit, le premier étant ledit circuit moteur et le second le circuit réfrigérant, la vapeur sortant de la turbine et de ladite pompe à vide étant acheminée, séparément, jusqu'au condenseur, le liquide condensé dudit premier circuit retou-rnant à la chaudière, tandis que le liquide condensé du deuxième circuit va à l'évaporateur, à travers un détendeur, de sorte que les liquides réfrigérants utilisés pour les deux circuits peuvent entre différents. 5. - Installation de réfrigération dtair suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la circulation de l'air ambiant à réfrigérer est facilitée par un ventilateur qui peut titre avantageusement le ventilateur prévu pour assurer la circulation de l'air chaud du système de chauffage du véhicule. 6. - Installation de réfrigération d'air, selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que le liquide condensé retournant à la chaudière est introduit dans cette dernière à l'aide d'un injecteur à vapeur alimenté par la vapeur produite par ladite chaudière, ou par un dispositif de pompage. 7. - Procédé de réfrigération d'air, notamment-pour véhicules automobiles, caractérisé en ce que la compression de l'agent réfrigé- rant est réalisée au moyen d'une chaudière fonctionnant par circulation dseau chaude chauffée par une source de chaleur résiduelle du moteur desdits véhicules, telle que, par exemple, celle provenant du circuit de refroidissement dudit moteur, ou du tuyau d'échappement, tandis que l'aspiration de la vapeur provenant de l'évaporateur et son acheminement vers le condenseursontréalisés par un organe actionné par la vapeur active produite par ladite chaudière.