Brevet FR2334924A1 — publié le 19770708

L'invention se rapporte à un dispositif d'absorption d'énergie constitué en collecteur solaire et destiné à une machine frigorifique à absorption. Les installations frigorifiques à absorption gagnent depuis un certain temps en importance et sont utilisées dans de multiples exploitations artisanales et industrielles de production du froid. Ce type d'installation est considéré. dans de nombreuses exploitations comme maillon entre le groupe énergétique et le groupe calorifique et frigorifique L'installation frigorifique à absorption est en particulier très avantageuse pour la production du froid aux basses températures nécessaires par exemple en technique de congélation et aussi dans de nombreux domaines de l'industrie chimique pour des températures de vaporisation d'environ -30 à -600C. Les machines frigorifiques à absorption utilisent un mélange binaire, par exemple d'eau et d'ammoniac (H20-NH3 > . Ce mélange binaire subit une évaporation partielle avec apport de chaleur dans un évaporateur, la vapeur produite étant enrichie en composant à bas point d'ébullition, par exemple en ammoniac (NH3). Du courant électrique, de la vapeur, des gaz chauds ou tout autre fluide de chauffage est utilisable pour réchauffer l'evaporateur. Dans d'autres machines frigorifiques connues à absorption, la source de chaleur utilisée pour l'évaporateur est l'énergie solaire. L'expérience a toutefois montré que ces installations connues ont l'inconvénient que l'ébullition du composant à bas point d'ébullition débute déjà dans le collecteur, c ' est-à-dire que des bulles se dégagent danC. ce dernier et donc genent au transfert de chaleur et à l'utilisation de l'énergie solaire. Par ailleurs, la fraction liquide, pauvre en composant à bas point d'ébullition, du mélange binaire était dirigée jusqu'à présent par un conduit vers l'absorbeur sans que la chaleur qu'elle contient encore ne soit utilisée. Il en a résulté des pertes de chaleur qu'il a fallu compenser par une augmentation de l1énergie apportée à l'évaporateur. L'invention a pour objet une machine frigorifique à absorption, à collecteur solaire, dont l'encombrement est faible et dans laquelle la chaleur que contient la fraction pauvre en composant à bas point d'ébullition du mélange binaire liquide peut être utilisée au cours du reflux vers l'absorbeur pour le réchauffage dudit mélange riche en composants liquides et passant par le collecteur solaire pour se diriger sur l'évaporateur, l'évaporation partielle dudit mélange binaire dans le collecteur solaire de la machine de l'invention étant par ailleurs empêchée. Selon une particularité essentielle de l'invention, un étrangleur est disposé dans un raccord du collecteur solaire à l'évaporateur et ce collecteur fait partie d'un échangeur de chaleur à double flux et forme un groupe avec l'évaporateur. Le montage de l'invention a en particulier l'avantage que l'étrangleur disposé entre le collecteur solaire et l'évaporateur maintient la pression à l'admission de chaleur à une valeur suffisamment élevée pour interdire l'évaporation du composant à bas point d'ébullition du mélange binaire, même au point culminant du collecteur solaire. Le dégagement de bulles dans ce dernier est donc aussi interdit et sa surface, c'est-à-dire le rayonnement solaire est bien utilisé. La vaporisation a lieu dans l'évaporateur. Par ailleurs, le mode d'exécution du collecteur solaire en échangeur de chaleur a pour conséquence que le mélange binaire qui doit y subir un échauffement sous l'effet du rayonnement solaire reçoit aussi un apport de chaleur de l'échangeur par le contact étroit avec le liquide pauvre en composant à bas point d'ébul litron Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le collecteur solaire conformé en échangeur de chaleur et l'évaporateur sont disposés dans une cage commune et de multiples tubulures de raccord à l'échangeur de chialeur, dont chacun est équipé d'un organe d'arrêt, permettent d'établir la communication avec des conduits reliés à la sortie de l'évaporateur. La conformation du collecteur solaire en échangeur de chaleur placé dans une cage commune avec l'évaporateur, cette cage étant avantageusement constituée en auge de section en étrier, en matière isolante, améliore le rendement calorifique et en particulier permet de bien utiliser la chaleur du mélange binaire pauvre en composant à bas point d'ébullition et descendant de l'échangeur de chaleur dans la cuve d'absorption. Par ailleurs, les multiples tubulures de raccord à l'échangeur de chaleur, dont chacune est équipée d'un organe d'arrêt, permettent de tirer pleinement parti du gradient de température entre le mélange binaire se trouvant dans le collecteur solaire et le mélange pauvre en composant à bas point d'ébullition et se trouvant dans l'échangeur de chaleur7 car le liquide provenant de l'évaporateur est toujours dirigé sur l'échangeur à l'emplacement auquel le gradient de température entre le liquide ascendant et le liquide descendant est le plus favorable. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure I est un schéma d'une machine frigorifique à absorption selon l'art antérieur; la figure 2 est une coupe verticale d'un collecteur solaire conformé en échangeur de chaleur et auquel un évaporateur est intégré; et la figure 3 est une coupe transversale de la cage renfermant le collecteur solaire conformé en échangeur de chaleur. Les réf érences de la figure 1 sont utilisées pour les pièces correspondantes des autres figures. La figure I est un schéma d'une machine frigorifique à absorption selon l'art antérieur et dont il est admis que le fonctionnement est connu; cette machine comprend une pompe I qui refoule un mélange binaire, par exemple d'eau et d'ammo -niac, d'une cuve 2 à absorption dans un évaporateur 3. Dans ce dernier, le liquide binaire subit le réchauffage par une source d'énergie (non représentée), le composant à bas point d'ébullition (par exemple l'ammoniac) du mélange binaire subissant une évaporation partielle, puis subissant une liquéfaction dans un condenseur 5 dans lequel il arrive par le conduit 4 et, finalement, parvenant'à un évaporateur 16 dans lequel il subit un refroidissement en abandonnant sa chaleur à l'air ambiant.La fraction liquide pauvre en composant à bas point d'ébullition retourne par un autre conduit 6 dans la cuve 2 à absorption dans laquelle il-revient dans le mélange riche en composants liquides à bas point d'ébullition qui est aussi dirigé de la sortie de l'évaporateur 16 dans cette cuve à absorption. L'évaporateur 3 de la figure 2 est monté sur un échangeur de chaleur 7 à double flux, dont un flux est constitué en collecteur solaire 8. Des distributeurs transversaux 9 et des conduits transversaux 10 de raccord qui relient les différents tubes de l'échangeur 7 et du collecteur 8 sont disposés aux extrémités supérieure et inférieure de cet échangeur 7, 8 à double flux. Par ailleurs, de multiples tubulures ll de raccord, dont chacune est équipée d'un organe d'arrêt 12, débouchent dans la branche descendante de I'échangeur de chaleur 7 (voir flèches).Le mélange pauvre en composant à bas point d'ébullision et capable d'abandonner encore de la chaleur est dirigé par les tubulures corréspondantes ll de raccord dans l'échangeur 7 en fonction du gradient de température dans le liquide ascendant dans le collecteur solaire 8, les organes d'arrêt 12 correspondants étant soit ouverts, soit fermés en conséquence. La figure 3 illustre une cage 13, de préférence en matière isolante, pouvant comporter par exemple des nervures métalliques de raidissement (non représentées) et dans laquelle les deux flux du collecteur solaire 8 constitué en échangeur de chaleur 7 sont disposés de manière à être tous deux en contact étroit. Le mode de fonctionnement de la disposition selon l'invention est analogue à celui des machines frigorifiques connues à absorption. Toutefois, le liquide se trouvant dans l'évaporateur, par-exemple le mélange binaire, n'est pas chauffé par de la vapeur ou de l'électricité, mais par rayonnement solaire dans le collecteur 8 constitué en échangeur de chaleur 7, la pompe 1 refoulant le mélange binaire de la cuve 2 à absorption par les distributeurs transversaux 9 dans les différents tubes du collecteur 8 et refoulant dans le haut ce mélange qui d'une part reçoit de la chaleur par rayonnement solaire et d'autre part abandonne sa chaleur résiduelle par sa fraction qui descend dans le flux correspondant de 11 échangeur 7 et qui est pauvre en composant à bas point d'ébullition, mais qui contient encore de la chaleur.Un étrangleur 14 placé entre le distributeur transversal 9 et l'évaporateur 3 maintient en amont une pression suffisante pour que l'évaporation du composant à bas point d'ébullition du mélange binaire ne puisse pas s'amorcer dans le collecteur solaire 8. Ainsi, le dégagement de bulles dans ce dernier est empêché et le rayonnement solaire est bien utilisé. Une faible pression correspondante règne dans l'évaporateur 3 en aval de l'étranglement 14, de sorte qu'une grande partie du composant liquide à bas point d'ébullition s'évapore et parvient par un conduit 4 dans le condenseur 5, puis dans l'évaporateur 16 et de là dans la cuve 2 à absorption. Le mélange liquide pauvre en composant à bas point d'ébullition passe de l'évaporateur 3 par la branche descendante de l'échan- geur 7 pour retourner aussi dans la cuve 2 à absorption dans laquelle il absorbe la fraction riche en composant liquide à bas point d'ébullition et provenant de l'évaporateur 16. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'absorption d'énergie constitué en collecteur solaire et destiné à une machine frigorifique à absorption, caractarisé en ce qu'un étrangleur (14) est monté dans un conduit (15) de raccord du collecteur solaire (8) et d'un évaporateur (3) et le collecteur solaire fait partie d'un échangeur de chaleur à double flux (7) et forme un groupe avec ledit évaporateur (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur solaire (8) conformé en échangeur de chaleur (7) et l'evaporateur (3) sont disposés dans une cage commune (13). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que de multiples tubulures (11) de raccord à l'un des flux de l'échangeur de chaleur (7) et dont chacune comporte un organe d'arrêt (12) établissent la communication avec des conduits de liaison à la sortie de l'évaporateur.