Brevet FR2353029A1 — publié le 19771223

La présente lnme wi-,n a pour objet un appareil pour la production a On connal des machines frigorIfiques Qui comprennent un compresseur, n évaporateur, un condenseur et une vanne de détente a chaleur prise dans l'évaporateur est dissipée par le condenseur Le travail dépense au cours du cycle thermodynamique accompli est fourni par le compresseur qui est alimenté Par de l'enervie sous forme mécanique ou électrique. Dans des applications particulières, on utilise une machine sans compresseur, qui fonctionne par absorption, le travail étant alors fourni par une source d'énergie calorifique. Dans les régions où la distribution d'énergie n'est pas assurée, on peut utiliser, si le climat le permet, l'énergie solaire comme source chaude d'un moteur thermique, pour fournir l'énergie nécessaire au compresseur lorsqu'il s'agit d:un appareil du premier type ; mais on peut utiliser directement cette énergie solaire lorsqu'il s'agit d'une machine à absorption. Toutes ces méthodes conduisent R des installations complexes dont la fiabilité laisse souvent à désirer. Quant aux machines frigorifiques classiques, elles posent des pro blèmes d'approvisionnement en énergie qui sont difficiles à résoudre dans les réions isolées ou désertiques. La présente invention a pour objet un appareil pour la production de froid, qui évite ces inconvénients, notamment en ce qu'il ne comporte aucune pièce mobile, ce qui lui confère une grande simplicité et une excellente fiabilité. De plus, l'appareil de l'invention est autonome, ce qui résout les problemes d'approvisionnement en énergie. L'appareil de l'invention est basé sur la nropriété connue, 4ue présente l'atmosphère terrestre de laisser passer préférentiellement le rayonnement compris entre 8 et 13 ; et 16 et 25 . Une partie des rayonnements'émis par les corps noirs se situe dans ces plages On sait qu'un corps noir estvun corps qui absorbe complètement le rayonnement qu'il reçoit, quelle que soit sa longueur d'onde Un tel corps est en équilibre thermodynamique avec le rayonnement qu'il reçoit et avec le rayonnement qu'il émet En principe, ltemissivite d'un corps noir est égale à l'unité et s'étend dans tout le spectre et en particulier, dans les fenêtres de transparence de l'atmosphère. Lorsqu'un corps noir est placé dans l'atmosphère, la partie de l'énergie qu'il rayonne dan lesdites fenêtres est transmise vers l'espace quaslrnent sans atténuation ; il en résulte un refroidissement du corps émetteur La chute de température subie par le corps est toutefois limitée si des échanges thermiques parasites ont lieu avec l'air ambiant ou avec le sol, soit par convection, soit par l'intermédiaire de phénomènes de condensation liés au degré d'humidité de l'air. La présente invention a pour objet un appareil qui est fonde sur cette propriété des corps noirs ou plus exactement des corps qui s'en rapprochent, car on sait qu'aucun corps réel n'est parfaitement noir Selon l'invention, le corps qui subit un refroidissement du fait de son rayonnement à travers les fenêtres de transparence de l'atmosphère, est thermiquement relié à un matériau qui présente une transition solide-liquide au voisinage de la température de fonctionnement de l'appareil. Cette liaison thermique s'effectue, selon l'invention, par des moyens qui jouent le ralle de diode thermique et assurent la liaison uniquement dans le sens matériau-corps noir. I1 en résulte une baisse de température du materiau provoquant sa solidification sans que la transformation inverse de la phase solide à la phase liquide puisse s'établir, car le transfert des calories qui pourraient provenir du corps rayonnant est bloqué par la diode thermique. L'appareil Droduit donc du froid et l'emmagasine. De façon plus précise, l'invention a pour objet un appareil pour la production de-froid qui est caractérisé en ce qu'il comprend - une surface rayonnante dont le rayonnement tombe dans au moins une des fenêtres de transparence de l'atmosphère, - une enceinte de stockage de froid remplie d'un matériau présentant une transition solide-liquide au voisinage de la température de fonctionnement de l'appareil, - des moyens reliant thermiquement ladite enceinte de stockage et ladite surface, ces moyens tant du genre diode thermique et remplissant la fonction de transfert de chaleur uniquement dans le sens enceinte de stockage-surface rayonnante, - des moyens pour isoler thermiquement l'appareil de l'environ- nement ambiant sans atténuer ledit rayonnement de la surface vers l'atmosphère De préféronce, la surface rayonnante est un émetteur sélectif rayonnant dans les plages 8~1D et 16-25 u. De préférence, les moyens du genre diode thermique sont constitués par un caloduc qui possède, à cette fin, une structure capillaire discotire. L'utilisation d'un caloduc fonctionnant en diode thermique entre la source froide (la surface rayonnante) et la source chaude (l'enceinte ce stockage), permet le transfert des calories de la première à la seconde, à température constante, pendant la phase de congélation du matériau fusible, mais n'autorise le transfert que dans ce sens Cette propriété est nécessitée par le fait que, pendant les périodes diurnes, la surface rayonnante peut être à une température supérieure à celle de l'enceinte de stockage de froid. Pour améliorer les performances de l'appareil, il convient de l'isoler thermiquement du sol, de l'air ambiant et du rayonnement sclaire tout en lui conservant l'angle de rayonnement qu'il aurait s'il était disposé à l'air libre. L'isolation thermique avec le sol peut être réalisée par les parois de l'enceinte de stockage. L'isolation vis-à-vis de l'air ambiant peut être réalisée par l'interposition d'un écran entre l'atmosphère et l'émetteur, ce qui d'une part, élimine les échanges thermiques par convection et, d'autre part, permet d'obtenir un abaissement de température par un "effet de serre négatif". De toute manière, les caracteristiques et avantages de l'appareil de l'invention apparaltront mieux après la description qui suit, d'un exemple de réalisation donne à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexes sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une coupe de l'appareil selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement une coupe du caloduc jouant le rôle de diode thermique. Sur la figure 1, est représenté schématiquement et en coupe l'appareil de production de froid de l'invention. Un trou creusé à même le sol constitue le bassin de stockage 1 du matériau fusible qui est liquide à la température ambiante diurne (de l'eau par exemple) . Ce réservoir est isolé thermi quement du sol et rendu étanche par ses parois 2, par exemple en matière plastique. Un écran 3, orienté est-sud-ouest, dans l'hémisphère nord, a pour but de limiter les effets du rayonnement solaire sur l'appareil. Un film 4, par exemple en matière plastique mince, est disposé à la partie supérieure de l'appareil. Le matériau constituant ce film doit présenter une bonne transparence dans la gamme des longueurs tonde correspondant aux fenetres de transmission de l'atmosphère.La surface rayonnante porte la référence 5 et elle est constituée par une plaque émettrice. Cette surface rayonnante est reliée thermiquement à un caloduc 6 présentant les propriétés d'une diode thermique. La partie inférieure 7 de ce caloduc constitue l'évaporateur dudit caloduc. Elle est immergez dans le matériau de stockage 9. Une couverture isolante 8, liée mécaniquement au caloduc, d'une part, assure la flottabilité du dispositif et, d'autre part, suit la dilatation du matériau fusible lors du changement de phase de celui-ci. Naturellement, d'autres matériaux que l'eau peuvent être utilisés dans l'enceinte 'de stockage de froid, et en particulier des composés dont les points de fusion sont inférieurs à - 30tu. La surface rayonnante 5 peut être constituée, par exemple, par une peinture au titane. La figure 2 représente schématiquement, et en coupe, le caloduc qui relie thermiquement l'enceinte de stockage de froid et la surface rayonnante. La partie inférieure 7 de ce caloduc plonge dans le matériau 9 et sa partie supérieure 10 est reliée thermiquement à la surface rayonnante 5. Dans cette partie supérieure 10, le caloduc présente une structure capillaire discontinue, ce qui permet de réaliser la fonction de diode thermique pour les raisons suivantes lorsque la surface rayonnante est à une température supérieure à celle de l'enceinte de stockage, le liquide condensé du caloduc reste piégé dans la partie basse du caloduc et le transfert de calories par le caloduc ne peut s'effectuer. Le caloduc est remnli d'un composé dont le point d'évaporation est compatible avec la température de fonctionnement de l'appareil : par exemple un fréon ou de l'ammoniaque, ainsi qu'il est connu. Cor-e le montre la description qui précède1 l'appareil pour la production de froid selon l'invention est d'une grande simplicité. Conne il ne comporte que des pièces fixes, il ne nécessite pas d'entretien particulier. L'appareil de l'invention peut être utilisé notamment - pour la conservation de denrées alimentaires, ou de médica ments, - pour la climatisation d'habitations, - comme source froide d'un moteur thermique pour améliorer le rendement de Carnot. Le matériau de stockage dans sa phase liquide peut servir de réfrigérant à la source froide du moteur. L'appareil peut etre de conception modulaire, ainsi on peut augmenter l'importance d'une installation en multipliant le nombre d'éléments. REVENDICATIONS 1 Appareil pour la production de froid du genre de ceux qui comprennent - une surface rayonnante dont le rayonnement tombe dans au moins une des fenêtres de transparence de l'atmosphère, - une enceinte de stockage de froid remplie d'un matériau de stockage, - des moyens reliant thermiquement ladite enceinte de stockage et ladite surface, ces moyens étant du genre diode thermique et remplissant la fonction de transfert de chaleur uniquement dans le sens enceinte de stockage-surface rayonnante, - des moyens d'isolement thermique de l'appareil vis-à-vis de l'environnement ambiant, caractérisé en ce que l'enceinte de stockage est placée dans le sol et en ce que l'ensemble surface rayonnante-moyens du genre diode thermique flotte sur le matériau de stockage. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de stockage est un liquide. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de stockage présente une transition solideliquide au voisinage de la température de fonctionnement de l'appareil 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens du genre diode thermique sont constitués par un caloduc Nouvelles revendications déposées après premier projet d'avis documentaire