Brevet FR2441134A1 — publié le 19800606

La présente invention concerne le domaine de l'énergie solaire et des capteurs utilisant cette énergie solaire. L'invention concerne plus particulièrement un capteur appartenant à la catégorie des capteurs solaires dits plans2 pour la production de froid,utilisant un cycle d'adsorption-désorption d'un fluide dans un corps ou solide absorbant tel que notamment une zéolithe,un charbon actif ou un gel de silice. Un tel procédé consiste à provoquer,sous l'action du rayonnement solaire, la désorption d'un fluide adsorbé dans le corps adsorbant ,puis à condenser dans un condenseur les vapeurs de fluide ainsi formées, à évaporer de nouveau ce fluide dans un évaporateur permettant ainsi la production de froid,et à réadsorber les vapeurs dans le corps adsorbant du capteur. L'invention a pour objet un nouveau capteur solaire permettant une mise en oeuvre aisée du cycle d'adsorption pour la production de froid,ledit capteur autorisant en outre la récu pération de calories. Le capteur selon la présente invention permet en outre la réalisation d'un cycle intermittent impliquant,soit un cycle jour-nuit avec production de froid la nuit,soit un cycle avec production de froid étalée sur 24 heures. Le nouveau capteur d'énergie solaire pour réfrigération et/ou récupération de chaleur,comporte un premier compartiment présentant une face antérieure absorbante du rayonnement solaire et une face postérieure,ledit premier compartiment étant susceptible de contenir un corps adsorbant et un fluide adsorbable et désorbable dans ledit corps adsorbant,ce capteur étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens disposés de façon adjacente par rapport à ladite face postérieure et adaptés pour évacuer les calories accumulées au niveau de celle-ci. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, lesdits moyens sont constitués par un deuxième compartiment dont la face antérieure est étroitement adjacente à ou constituée par la face postérieure dudit premier compartiment,et dont la face postérieure est en contact avec l'isolant dudit capteur,ledit deuxième compartiment étant susceptible de contenir un fluide caloporteur. Lesdits moyens peuvent également être constitués par un système de ventilation par air,par exemple par un ventilateur. L'invention a également pour objet un dispositif de réfrigération et/ou de production de chaleur comprenant au moins un capteur dont le compartiment supérieur est relié à un circuit de réfrigération comportant essentiellement un condenseur et un évaporateur et deux clapets anti-retour disposés respectivement entre le compartiment supérieur et le condenseur et entre l'évapo- rateur et ledit compartiment,et dont le compartiment inférieur est relié à un système de circulation pour le fluide caloporteur. La face antérieure du premier compartiment du capteur est constituée par une surface ayant de bonnes qualités absorbantes du rayonnement solaire. On connaît déjà dans ce domaine de nombreux matériaux et structures constituant une surface appropriée, et on citera à titre purement illustratif des surfaces peintes en noir,ou des surfaces sélectives traitées au chrome noir par exemple. Le volume du premier compartiment,ou plus précisément son volume par unité de surface,sera calculé dans chaque cas en fonction des besoins de l'installation de réfrigération et également du cycle intermittent choisi,à savoir un cycle journuit ou un cycle avec production de froid étalée sur 24 heures. A titre de fluide circulant dans ledit premier compartiment,on pourra utiliser tous liquides couramment employés dans ce domaine,parmi lesquels on citera notamment l'eau,les alcools tels que notamment le méthanol,et l'ammoniaque. Lorsque le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la fabrication de glace,le fluide choisi sera de préférence le méthanol. Le corps ou solide adsorbant pourra être notamment une zéolithe,un charbon actif,de l'alumine activée ou un gel de silice ou tout autre adsorbant auquel on a habituellement recours dans ce domaine. A titre de zéolithe particulièrement préféré utilisable de préférence avec des fluides tels que l'eau ou le méthanol, on citera la zéolithe 13 X commercialisée par Rhone-Poulenc. La face antérieure du deuxième compartiment constituant le capteur solaire selon l'invention est de préférence la face arrière du premier compartiment dudit capteur,de telle sorte qu'une communication thermique étroite existe entre le premier et le deuxième compartiment au niveau de la paroi qui d'une part constitue la face postérieure du premier compartiment,sur laquelle est disposée l'adsorbant,et d'autre part forme simultanément la face antérieure du deuxième compartiment. Pour éviter ou diminuer les pertes de calories,la face postérieure du deuxième compartiment est en contact avec un isolant. Ainsi qu'il a déjà été précisé,ledit second compartiment est susceptible de contenir un fluide caloporteur,qui peut être un liquide ou un gaz. Ce compartiment est relié à un dispositif permettant la circulation dudit fluide et la récupération ou le stockage des calories transportées par ce fluide. L'invention concerne également un procédé utilisant un capteur selon l'invention,permettant la réfrigération et/ou la récupération de chaleur,ledit procédé comprenant les étapes de: a) désorption sous l'action de l'énergie solaire d'un fluide adsorbé dans un corps adsorbant et formation subséquente de vapeur, b)condensation de ladite vapeur, c)transfert du liquide formé pendant ladite condensation dans un évaporateur et formation subséquente de vapeur; d) retour de la vapeur formée dans ledit capteur et adsorption dans ledit corps adsorbant. Pour illustrer l'invention mais sans aucunement la limiter et apporter des précisions complémentaires sur le mode de fonctionnement du capteur solaire objet de la présente demande de brevet, il sera maintenant fait référence aux dessins annexés à la présente description sur lesquels: Fig.l est un diagramme schématique d'un dispositif selon l'invention permettant l'obtention de froid et de chaud; Fig.2 est un diagramme schématique d'un dispositif à deux capteurs pour la production de froid étalée sur 24 heures. Sur la figure l,un capteur solaire 1 comporte deux compartiments 2 et 3 Le compartiment 2 est délimité notamment par une face antérieure 4 présentant une surface 5 absorbant le rayonnement solaire,et par une face postérieure 6. Le compartiment 2 contient un adsorbant (non représenté)qui peut être par exemple une zéolithe,un charbon actif ou un gel de silice. Le compartiment 3 est délimité notamment par une face antérieure 6 qui constitue la face postérieure du compartiment 2 et par une face postérieure 7 qu'on met en contact avec un isolant non représenté. Le compartiment 3 peut contenir un fluide caloporteur. Le compartiment supérieur 2 du capteur est relié à un circuit scellé constituant l'ensemble de réfrigération. Le compartiment inférieur 3 est relié à un système de circulation pour le fluide caloporteur. L'ensemble de réfrigération est essentiellement constitué par un condenseur 8 et un évaporateur 9. On dispose en outre dans ce circuit de deux clapets anti-retour 10 et 11 situés respectivement entre le capteur 1 et le condenseur 8 et entre l'évaporateur 9 et le capteur 1. Le clapet 11 est ouvert si la pression dans ltévapora- teur (P évap) est supérieure à la pression sur l'adsorbeur (Pads) plus un tarage.(Pévap > Pads + & p). Le clapet 10 est ouvert si Pads > Pcond. + g p, P cond étant la pression dans le condenseur. Le fonctionnement du dispositif de la figure 1 peut être différent selon les saisons,les moments de la journée et les désirs de l'utilisateur. En été, il est possible de produire du froid selon le processus suivant. Pendant une première phase correspondant au jour,le capteur 1 reçoit l'énergie solaire 5,ce qui entrain la désorption du fluide adsorbé dans l'adsorbant et l'augmentation subséquente de la pression dans le compartiment 2. Dès que la pression q atteint la valeur seuil de Pcond + 8 P, ( & P correspondant au tarage du clapet) le clapet 10 s'ouvre et la condensation du fluide peut commencer dans le condenseur 8. Pendant cette phase,le clapet 11 reste fermé. Lorsque la pression dans le compartiment 2 du capteur 1 diminue,que ce soit au passage d'un nuage ou en fin de journée,le clapet 10 se ferme,ce qui évite une réadsorption du condensat dans l'adsorbant. Lorsque le clapet 10 s'est fermé en fin de cycle,on envoie le fluide caloporteur de circulation dans le compartiment 3 en ouvrant les vannes 12 et 13,ce qui permet de récupérer les calories correspondant à la chaleur sensible du capteur plus les calories dues à l'ensoleillement en fin de journée. Cette circulation entrasse un abaissement de température dans le capteur et une diminution de pression dans le compartiment 2. Dès que la pression atteint la valeur Pévap - # P, le clapet il s'ouvre et le phase 2 commence. Pendant la deuxième phase qui correspond à la nuit ou plus généralement à période d'intensité lumineuse réduite,l'évapo- ration a lieu dans l'évaporateur 9 et s'accompagne de production de froid dans celle-ci,alors que l'adsorption entraîne le dégagement de chaleur dans le capteur. Ces calories sont transférées au fluide caloporteur circulant dans le compartiment 3. Ainsi, dans cette phase,on a la production simultanée de froid au niveau de l'évaporateur 9 du circuit de réfrigération et de chaleur au niveau du compartiment 3 et du fluide caloporteur qui le traverse. Au cours des deux phases précédemment décrites,on récupère des calories à des niveaux de température différents,la température étant supérieure dans la première phase. Lorsque le fluide caloporteur est constitué par de l'eau,il est préférable de prévoir deux réservoirs,l'unta température élevée,de l'ordre de 800C environ,et l'autre à température moyenne de l'ordre de 40 à 500C. Si,pendant l'hiver,Ia production de froid n'est pas nécessaire,le dispositif de la figure 1 peut n'être utilisé que pour la production de chaleur. Dans ce cas,les vannes 14 et 15 disposées aux deux sorties du compartiment 2 sont fermées à un moment où le capteur a atteint sa température maximum, de telle sorte qu'il n'y ait plus de phénomène d'adsorption,le cycle de réfri gération n'étant alors plus utilisé. Dans le cycle précédemment dXcrit,la périodicité du cycle est journalière, la production de froid étant limitée à la phase nocturne. Comme le représente la figure 2,il est également possible d'étaler la production de froid sur 24 heures en utilisant deux capteurs similaires 21,22 reliés au même système de réfrigération 23 comprenant un condenseur 26 et un évaporateur 27 et en interposant un système de miroirs 24 de telle sorte que le rayonnement solaire n'atteigne directement ou par réflexion et alternativement qu'un seul desdits capteurs 21,1' autre capteur 22 produisant du froid dans une phase équivalente à la phase nocturne créée artificiellement. On conçoit que le capteur selon l'invention permet une meilleure exploitation des possibilités des installations de réfrigération en accroissant les rendements et en multipliant les possibilités des dispositifs et notamment la souplesse d'utili sation. De surcrott,l'invention permet simultanément la récupération de calories et la production de chaleur en même temps que la production de froid ou indépendamment de celle-ci. Dans une forme d'application avantageuse,l'invention permet la production simultanée de froid et d'eau chaude en été, ainsi que la production d'eau chaude en hiver. Bien entendu,l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation spécifiques décrits et des modifications pourront être apportées par l'homme de l'art selon les problèmes particuliers à résoudre. Ainsi,il va de soi que la notion de paroi commune entre les deux compartiments du capteur recouvre également le cas d'un capteur constitué par deux compartiments distincts superposes,dans la mesure où la liaison thermique entre les parois en contact sera suffisamment bonne pour que,d'un point de vue thermique,ces deux parois soient assimilables à une paroi unique. A noter également que,si le fluide caloporteur le plus couramment utilisé est lteau,il est possible d'utiliser un autre liquide,un gaz ou un mlange gazeux,en particulier l'air. Les divers paramètres du capteur selon l'invention pourront être aisément déterminés par l'homme de l'art par des essais de routine. I1 en sera de môme pour les quantités respectives d'adsorbant et de fluide. A titre purement d'exemple on mentionnera que dE.ns le cas de la zéolithe 13 X on utilise environ 15 kg dudit adsorbant par m et de l'ordre de 200 g de fluide (eau ou méthanol) par kg d'adsorbant. -REVENDICATIONS - l.Nouveau capteur d'énergie solaire pour réfrigération et/ou récupération de chaleur,comportant un premier compartiment présentant une face antérieure absorbante du rayonnement solaire et une face postérieure, ledit premier compartiment étant susceptible de contenir un corps adsorbant et un fluide adsorbable et désorbable dans ledit corps adsorbant,ledit capteur étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens disposés de fa on adjacente évacuer par rapport à ladite face postérieure et adaptés pour/les calorie accumulées au niveau de celle-ci. 2. Capteur selon la revendication 1,caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un deuxième compartiment dont la face antérieure est étroitement adjacente à ou constituée par la face postérieure dudit premier compartiment,et dont la face postérieure est en contact avec l'isolant dudit capteur ,ledit deuxième compartiment étant susceptible de contenir un fluide caloporteur. 3.Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un dispositif de ventilation par air. 4. Dispositif de réfrigération et/ou de production de chaleur comprenant au moins un capteur (1) selon la revendication 2 dont le compartiment supérieur (2) est relié à un circuit de réfrigération comportant essentiellement un condenseur (8) et un évaporateur 9 et deux clapets anti-retour (14,15),disposés respectivement entre le compartiment supérieur (2) et le condenseur et entre l'évaporateur et ledit compartiment(2),et dont le compartiment inférieur (3) est relié à un système de circulation pour le fluide caloporteur. 5. Dispositif selon la revendication 4,comprenant au moins deux capteurs (21,22) et un système de miroirs (24) permettant d'occulter un des capteurs (22),l'autre capteur (21) étant soumis au rayonnement solaire (25)direct ou réfléchi. 6.Procédé pour la réfrigération et/ou la récupération de chaleur utilisant un capteur ou un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes de a) désorption sous l'action de l'énergie solaire d'un fluide adsorbé dans un corps adsorbant et formation subséquente de vapeur, b) condensation de ladite vapeur; n)transfert du liquide formé pendant ladite condensation dans un évaporateur et formation subséquente de vapeur; d)retour de la vapeur formée dans ledit capteur et adsorption dans ledit corps adsorbant.