Brevet FR2461895A1 — publié le 19810206

L'invention concerne un dispositif de climatisation particulièrement adapté pour assurer le chauffage d'un pion- geur ou d'un habitacle sous-marin, bien que non limité à cette application. Dans certaîne application$ particulières, les com- bustibles fossiles généralement utilisés pour assurer le chauffage dans les installations de climatisation ne peuvent pas etre utilisés. Cela est notamment le cas lorsque l'installation fonctionne dans un environnement privé d'oxygène et, en particulier, en milieu sous-marin L'invention a pour objet la réalisation d'un dispositif de climatisation susceptible d'etre utilisé dans tous les milieux et, notamment dans les milieux dépourvus d'oxygène tels que le milieu sous-marin. On a observé que certains corps, lorsqu'ils sont mis en contact l'un avec l'autre, provoquent une réaction chimique exothermique du type A + G # B où A, B et G sont des corps solides, liquides ou gazeux Certaines réactions de ce type libèrent suffisamment de calorie pour que les corps A et G puissent etre qualifies respectivement de combustible et de comburant En outre, la réaction chimique en question a lieu même en l'absence d'oxygène. Ainsi, par exemple, l'oxyde de calcium, ou chaux vive, CaO peut etre considéré comme un véritable combustible dont le comburant serait l'eau et le produit de combustion, l'hydroxyde de calcium, ou chaux éteinte Ca (OH)2. Le pouvoir calorifi que de la chaux vive est en effet d'environ 255 Kcal/Kg, ce qui lui permet d'être utilisée comme générateur de chaleur dans un dispositif de climatisation. Ainsi, un dispositif de climatisation réalisé conformément à la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de climatisation communiquant avec une enceinte calorifugée remplie d'un fluide et dans laquelle est disposée au moins une cartouche contenant au moins un corps susceptible de provoquer une réaction exothermique échauffant le fluide, des moyens aptes à déclencher cette réaction exothermique et des moyens pour transférer la chaleur de l'enceinte calorifugée au circuit de climatisation. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens pour transférer la chaleur de l'enceinte calorifugée au circuit de cl}matisation comportent au moins une conduite reliant directement l'enceinte calorifugée au circuit de climatisation, le fluide constituant alors un fluide caloporteur. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, les moyens pour transférer la chaleur de l'enceinte calorifugée au circuit de climatisation comportent au moins un échangeur séparant le fluide de l'enceinte calorifugée d'un fluide caloporteur. Conformément à une première variante de la présente invention, chaque cartouche est divisée en deux compartiments contenant respectivement un corps solide et un corps liquide ou gazeux, les moyens aptes à déclencher la réaction exothermique étant prévus pour mettre en contact les corps contenus dans ces compartiments. Conformément à une caractéristique de cette première variante de l'invention, les deux compartiments sont séparés par une membrane susceptible d'être perforée par les moyens pour mettre en contact les corps contenus dans ces compartiments. De préférence, les cartouches sont alors tubulaires et la membrane s'étend dans une direction transversale par rapport à l'axe de chacune des cartouches. Conformément à une autre caractéristique de cette première variante de l'invention, le compartiment de chacune des cartouches contenant le corps solide comporte au moins un tube perforé communiquant avec le compartiment contenant le corps liquide ou gazeux lorsque la membrane est perforée. Conformément à une deuxième variante de l'invention, chaque cartouche contient au moins deux corps solides. Selon une caractéristique de cette deuxième variante de l'invention, les moyens pour déclencher la réaction compor tent une résistance électrique. Selon une autre caractéristique de cette deuxième variante de l'invention, les moyens pour déclencher la réaction comportent une amorce. Selon une autre caractéristique de cette deuxième variante de l'invention, les corps solides contenus dans les cartouches sont un oxyde et un métal, notamment l'oxyde de fer et l'aluminium. Conformément à une troisième variante de l'invention, chaque cartouche contient au moins un corps susceptible de provoquer une réaction exothermique avec le fluide contenu dans l'enceinte calorifugée, des moyens étant prévus pour perforer cette cartouche. Selon encore une autre caractéristique de la première et de la troisième variante de l'invention, les corps susceptibles de provoquer la réaction exothermique sont de l'eau et de l'oxyde de calcium. Dans une application particulière de l'invention, le dispositif de climatisation est immergé et le circuit de climatisation assure le chauffage d'un plongeur ou d'un habitacle sous-marin. Lorsque l'un des corps provoquant la réaction exothermique est de l'eau, celle-ci peut alors être de l'eau de mer provenant directement du milieu ambiant. Conformément à une caractéristique secondaire de l'invention, le dispositif de climatisation comprend des moyens pour réguler la température dans le circuit de climatisation. Ces moyens comprennent de préférence au moins une pompe et une vanne disposées dans le circuit de climatisation et une dérivation parallèle à ce circuit, contrôlée par une vanne. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fluide contenu dans l'enceinte calorifugée est de l'eau. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, des modes de réalisation particuliers de l'invention, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe partielle représentant une première variante d'un dispositif de climatisation réalisé conformément aux enseignements de la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe agrandie représentant le bouchon permettant 1 montage de chacune des cartouches du dispositif représenté sur la figure 1 et la perforation de la membrane de chacune des cartouches, - la figure 3 est une vue en coupe d'une cartouche pour la mise en oeuvre d'une deuxième variante de l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe partielle d'un dispositif conforme à une troisième variante de l'invention, et - la figure 5 est une courbe illustrant la régularisation de la température dans le circuit de climatisation du dispositif selon l'invention. Comme le montre la figure 1, le dispositif de climatisation selon l'invention comprend une enceinte calorifugée 10 qui communique par deux orifices 12 et 14 avec un circuit de climatisation 18 assurant dans le mode de réalisation représenté le chauffage d'un plongeur ou d'un habitacle sous-marin. L'enceinte 10 et le circuit 18 sont remplis d'un fluide caloporteur 20 constitué de préférence par de l'eau. Un certain nombre de cartouches 22 sont disposées de façon démontable dans l'enceinte 10. Conformément à la première variante de l'invention, chacune des cartouches 22 est divisée en deux compartiments 24 et 26 par une membrane étanche 28 qui s'étend selon une direction transversale par rapport à l'axe de la cartouche. Les compartiments 24 et 26 contiennent respectivement un corps liquide ou gazeux et un corps solide dont la venue en contact provoque une réaction chimique exothermique commandant une élévation de température de l'eau 20 contenue dans l'enceinte 10. De préférence, le corps contenu dans le- compartiment 24 est de l'eau alors que le corps contenu dans le compartiment 26 est de l'oxyde de calcium (ou chaux vive) ou de magnésium en poudre.Comme le montre la figure 1, les cartouches 22 sont de forme tubulaire et le compartiment 26 de chacune d'entre elles comprend sur toute sa longueur un tube perforé 30 permettant d'augmenter la surface de contact entre l'eau contenue dans le compartiment 24 et l'oxyde de calcium contenu dans le compartiment 26 lorsque la membrane 28 est perforée de façon à améliorer les conditions de la réaction qui se produit entre ces deux corps. Comme l'illustre en particulier la figure 2, chacune des cartouches 22 est montée dans l'enceinte 10 par une ouverture 32 recouverte ensuite d'un bouchon 34 dans lequel peut erre reçu un dispositif 36 pour perforer la membrane 28 sépa- rant les compartiments 24 et 26.Le dispositif 36 comporte une première partie 38 vissée dans le bouchon 34 de façon a perfo- rer par son extrémité 40 une membrane 42 obturant l'extrémité de la cartouche 22, et une seconde partie 44 normalement main- tenue par un verrou 46 dans la position représentée sur la figure 2, dans laquelle son extrémité t8 ne dépasse pas de l'extrémité 40 de l'organe J Comme illustré en traits mixtes sur la figure 2, la membrane 28 est perforée par l'extrémité 48 de l'organe 44 en faisant tourner ce dernier de façon à dégager le verrou 4o et en pressant celui-cq vers le bas.Afin de permettre la communication entre le compartiment 24 et le tube perforé 30 lorsque la membrane 28 est perforée par l'ex trémie 48 de l'organe 44, celle-ci est tubulaire et percee d'orifices 50 Comme l'illustre la figure 2, l'organe 38 peut être maintenu dans sa position de montage par exemple par des vis 52. De préférence, les cartouches 22 sont guidées et maintenues à l'intérieur de l'enceinte 10 par des moyens connus (non représentés) tels que des entretoises ou des barres de guidage. Comme l'illustre la figure 1, le circuit de climatisation 18 qui communique avec 11 enceinte 10 comprend une vanne de régulation 54 et une pompe 56 assurant et contrôlant la circulation de l'eau entre les orifices 12 et 14 de l'enceinte 10. Une dérivation 58, parallèle au circuit 18, et contrôlée par une vanne de régulation 60 assure avec la vanne 54 et la pompe 56, sous la ùommande de moyens de régulation 62 sensibles à la température de l'eau à la sortie ae l'orifice 12, la régulation de la température dans le circuit de climatisation 18. La figure 3 montre une variante d'une cartouche utilisable conformément à l'invention. On reconnaît sur cette figure une cartouche 22 garnie d'un lange homogène, finement divisé d'oxyde de fer et dçaluminium métal 23. La réaction entre les deux composés est amorcée, ici, par une résistance chauffante 25, reliée par un interrupteur 27 à une batterie 29. Dans une variante non représentee, la réaction peut être déclenchée par une amorce. La figure 4 montre une autre variante de l'invention, sur laquelle on reconnait l'enceinte calorifugée 10 et le circuit de climatisation 18, munis des vannes et pompes nécessaires au bon fonctionnement du dispositif. Selon cette variante, les cartouches 22, remplies d'oxyde de calcium 31 sont munies d'un moyen de perforation quelconque du type de celui décrit en se référant aux figures 1 et 2, permettant de libérer l'oxyde de calcium dans l'eau 20 contenue dans l'enceinte 10. Un échangeur 33 est ici placé dans l'enceinte 10, de manière à séparer l'eau 20 contenue dans l'enceinte du fluide caloporteur circulant entre l'enceinte 10 et le circuit de climatisation 18. Bien entendu, l'échangeur pourrait également être disposé dans le circuit de climatisation 18. Le dispositif qui vient d'être décrit plus précisément aux figures 1 et 2, fonctionne de la façon suivante. Afin que le dispositif soit prêt à l'emploi, une cartouche neuve 22 est montée dans chacune des ouvertures 32 de l'enceinte 10, et les bouchons 34 ainsi que la partie 38 des dispositifs de perforation 36 sont mis en place. L'ensemble peut être alors placé dans ses conditions d'utilisation, c'ést-à-dire, par exemple, dans l'eau de mer lorsqu'il est destiné à assurer la climatisation d'un plongeur ou d'un habitacle sous-marin. La mise en oeuvre du dispositif s'effectue en perforant la membrane 28 de l'une des cartouches 22 au moyen du dispositif 36 correspondant.Cette perforation a pour conséquence la mise en contact de l'eau contenue dans le compartiment 24 avec l'oxyde de calcium ou de magnésium contenu dans le compartiment 26 qui se traduit, dans le cas de l'oxyde de calcium, par la réaction chimique exothermique suivante : CaO + H20 bCa(oH)2 Cette réaction est particulièrement avantageuse en raison de l'importance de la quantité de chaleur dégagée pendant l'hydratation de l'oxyde de calcium (la variation d'enthalpie correspondante est de 24,79 Kcal/mole). La variation de température correspondante au niveau de la cartouche perforée en fonction du temps est représentée sur la figure 5. Cependant, l'échauffement brutal de la cartouche est absorbé par la masse d'eau contenue dans l'enceinte 10 et les calories apportées au circuit 18 sont régularisées sous l'action des moyens 62 par les vannes 54 et 60 et par la pompe 56, de telle sorte que la variation de température au niveau du circuit 18 correspondant à la perforation successive des membranes 28 de plusieurs cartouches 22 donne l'allure de la courbe de la figure 5. Ce dispositif, qui présente sur les dispositifs de climatisation utilisant des combustibles fossiles l'avantage de pouvoir être utilisé meme en l'absence d'oxygène, utilise des corps peu coûteux tels que la chaux vive et l'eau qui sont disposés dans des cartouches 22 réalisées elles aussi en un matériau peu croûteux, de telle sorte que les cartouches utilisées peuvent être jetées et remplacées par des cartouches neu- ves. A titre d'exemple de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, celui-ci a été placé dans de l'eau de mer à 130C, le débit de l'eau dans le circuit 18 étant de 1 1/mon et y entrait à 300C et en ressortait à l50C, ce qui correspond à une puissance de chauffage de 900 Kcal/heure. L'enceinte 10, ainsi que les cartouches 22 étant réalisées en acier inoxydable et ayant pour diamètres respectifs environ 116 mm et 30 mia et l'enceinte étant calorifugée au moyen d'une couche de laine de verre d'environ 2 mm, on constate que la température maximale atteinte par la masse de l'enceinte 10 est pratiquement indépendante de la longueur de cette enceinte et voisine de 680C. Pour un fonctionnement de 90 minutes à la puissance de 900 Kcal/heure, l'enceinte 10 pèse 15,7 kgs et occupe 14,2 litres. Ce dispositif présente donc un gain de simplicité de mise en oeuvre appréciable par rapport aux dispositifs connus de climatisation sous-marin.En outre, la température maximale atteinte dans l'enceinte reste faible, ce qui procure une bonne sécurité d'emploi. Le fonctionnement des dispositifs représentés aux figures 3 et 4 est en tout point identique à celui décrit cidessus en référence aux figures 1 et 2. Les échangeurs 33 de la figure 4 servent à séparer l'eau 20, qui s'enrichit en chaux, du fluide caloporteur qui circule entre 11 enceinte et le circuit de climatisation. Bien entendu, ces échangeurs peuvent être prévus dans les variantes représentées aux figures 1 et 2 et peuvent aussi être supprimés dans la variante représentée à la figure 4, si la chaux contenue dans le fluide 20 ntest pas gênante pour l'utilisateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'entre décrits à titre d'exemples, mais en incorpore toutes les variantes. Ainsi, dans la variante des figures 1 et 2, les membranes 28 séparant dans chacune des cartouches 22 les compartiments 24 et 26 peuvent être remplacées par tout autre dispositif de séparation étanche et amovible tel qu'une trappe. En outre, lorsque les compartiments 24 et 26 sont séparés par des membranes, le dispositif de perforation 36 peut être sensiblement différent dudispositif décrit.Par ailleurs, la nature des corps contenus dans chacun des compartiments des cartouches 22 peut etre modifiée pourvu que les corps en présence réagissent chimiquement l'un sur l'autre en provoquant -l'augmentation de température désirée dans des conditions d'économie et de sécurité satisfaisantes. Lorsque le corps contenu dans le compartiment 26 est de oxyde de calcium ou de magnésium, l'eau faisant office de comburant peut être de l'eau de mer prélevée directement dans le milieu ambiant lorsque l'enceinte 10 est plongée dans l'eau de mer. Le compartiment 24 communique alors avec l'extérieur de l'enceinte 10 et il peut même être constitué directement par l'extérieur de l'enceinte. Enfin, et bien que le dispositif décrit soit particulièrement adapté pour être utilisé en milieu sous-marin, on comprendra que ce dispositif peut être utilisé dans des applications différentes sans sortir du cadre de l'invention REVENDICATIONS 1. Dispos vif de climatisation, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de climattsatîon communiquant avec une enceinte calorifJgée remplie d'un fluide et dans laquelle est disposée au moins une cartouche contenant au moins un corps susceptible te provoquer une réaction exothermique échauffant le fluide, des moyens aptes à déclencher cette réaction exothermique et des moyens pour transférer la chaleur de l'enceinte calorifugée au circuit de climatisation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour transférer la chaleur deXl'enceinte calorifugée au circuit de climatisation comportent au moins une conduite reliant directement l'enceinte calorifugée au circuit de climatisation, le fluide constituant alors un fluide caloporteur. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour transférer la chaleur de l'enceinte calorifugée au circuit de climatisation comportent au moins un échangeur séparant le fluide de l'enceinte calorifugée d'un fluide caloporteur. 4. Dispositif de climatisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque cartouche est divisée en deux compartiments contenant respectivement un corps solide et un corps liquide ou gazeux, les moyens aptes à déclencher la réaction exothermique étant prévus pour mettre en contact les corps contenus dans ces compartiments 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux compartiments sont séparés par une membrane susceptible d'être perforée par les moyens pour mettre en contact les corps contenus dans ces compartiments. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les cartouches sont tubulaires, ladite membrane s'étendant dans une direction transversale par rapport à l'axe de chacune des cartouches. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le compartiment de chacune des cartouches contenant le corps solide comporte au moins un tube perforé communiquant avec le compartiment contenant le corps liquide ou gazeux lorsque la membrane est perforée. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque cartouche contient au moins deux corps solides. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour déclencher la réaction comportent une résistance électrique. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour déclencher la réaction comportent une amorce. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les corps contenus dans les cartouches sont un oxyde et un métal. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque cartouche contient au moins un corps susceptible de provoquer une réaction exothermique avec le fluide contenu dans l'enceinte calorifugée, des moyens étant prévus pour perforer cette cartouche. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 et 12, caractérisé en ce que les corps susceptibles de provoquer la réaction exothermique sont de l'eau et de l'oxyde de calcium ou de magnésium. 14. Dispositif de climatisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est immergé et en ce que le circuit de climatisation assure le chauffage d'un plongeur ou d'un habitacle sous-marin. 15. Dispositif de climatisation selon la revendication 14, prise en combinaison avec la revendication 13, carac tés sué en ce que l'eau provoquant la réaction exothermique est de l'eau de mer provenant du milieu ambiant. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour réguler la température dans le circuit de climat i- sation. 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens pour réguler la température comprennent au moins une pompe et une vanne disposées dans le circuit de climatisation, et une dérivation parallèle à ce circuit et contrôlée par une vanne. 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide contenu dans l'enceinte calorifugée est de l'eau.