Brevet FR2538884A1 — publié le 19840706

i Dispositif réfrigérateur à énergie solaire. La présente invention concerne un dispositif réfrigéra- teur fonctionnant grâce à l'apport intermittant d'énergie thermique, et en particulier un système comprenant un capteur d'énergie solaire associé à une chambre froide à réfrigérer. On connait de nombreux dispositifs réfrigérateurs produi- sant, ou conservant de la glace pendant la nuit au moyen de l'énergie thermique captée par le capteur solaire pendant le Jour Un tel dispositif est par exemple décrit dans le brevet français 2 391 434 Le fonctionnement de ces dispositifs comprend deux phases: une phase diurne pendant laquelle un fluide frigo- rigène circule à partir du capteur solaire vers la chambre froide via une première canalisation, et une phase nocturne pendant laquelle le fluide frigorigène circule de la chambre froide vers le capteur solaire via une seconde canalisation. Pour faire communiquer l'intérieur du capteur avec l'une ou l'autre des deux canalisations, on fait généralement appel à une vanne dite à trois voies que 1 ' bn manoeuvre au début de chaque phase afin de permettre l'inversion du sens de circulation du fluide. Cependant le dispositif tel qu'envisagé ci-dessus présente plusieurs inconvénients: tout d'abord si l'ensoleillement n'est pas suffisant, à cause notamment d'un ciel nuageux, alors le cycle ci-dessus n'est pas effectué de façon optimale et son rendement diminue, au détriment de la qualité du froid dans la chambre froide; en outre si la température nocturne n'est pas suffisamment basse, alors encore le rendement du cycle est amoindri; enfin si la totalité du fluide a circulé du capteur vers l'évapora- teur de la chambre froide avant la fin de l'ensoleille- ment, l'énergie thermique fournie par la suite au capteur est perdue, car non réellement utilisée. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et a proposer un dispositif permettant d'une part de compléter l'ensoleillement par apport de chaleur en cas de défaut de celui-ci, d'autre part de compléter le refroi- dissement en phase nocturne dans le cas o la température nocturne n'est pas suffisamment hasse, et enfin: de récupé- rer la chaleur éventuellement perdue fournie par l'ensoleil- lement en fin -de journée. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif réfrigérateur fonctionnant par apport d'énergie thermique, du type comprenant un premier circuit d'échange comportant un capteur solaire à l'intérieur duquel est prévu un maté- riau à forte capacité d'adsorption et de désorption, relié à un évaporateur disposé dans une enceinte à refroidir via un conduit communiquant soit avec une première canalisation reliée à l'entrée de l'évaporateur via un condenseursoit avec une canalisation de sortie de l'évaporateur, un fluide frigorigène circulant dans l'ensemble, caractérisé par le tait qu'il comprend un second circuit comportant, à l'in- térieur dudit matériau,un échangeur relié à un réservoir de stockage contenant un second fluide à différentes températures. Ainsi,le dispositif selon l'invention permet, lorsque l'ensoleillement est insuffisant, de suppléer à celui-ci ou de le compléter par une circulation appropriée de fluide chaud dans le matériau Ledit fluide chaud peut notamment tre obtenu à partir d'un excés d'énergie thermique fourni par le soleil au capteur entre la fin de la phase de dé- sorption et le début de la phase d'adsorption, lors d'un ensoleillement correct antérieur audit défaut d'ensoleil- 2538884. lement; le dispositif selon l'invention permet en outre, lorsque la température nocturne n'est pas assez basse pour occasionner une adsorption efficace, de fournir un refroi- dissement supplémentaire par circulation de fluide dans l'échangeur Dans ce cas il est avantageux que le second circuit soit bouclé sur lui-même via un refroidisseur approprié. De préférence, le fluide circulant dans le second circuit est de l'eau Il est en outre avantageux que le second circuit comprenne, en amont de l'entrée dudit échangeur, un circulateur. Le second circuit peut comporter, en amont dudit circulateur une vanne à trois voies dont les deux entrées sont respec- tivement reliées à la partie froide et à la partie chaude dudit réservoir de stockage, la sortie de l'échangeur étant directement reliée à la partie tiède du réservoir. De façon préférée, l'échangeur comprend un tube à ailettes traversant le matériau situé à l'intérieur du capteur solaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion suivante d'une forme de réalisation préférée du dis- positif selon l'invention, faite en référence au dessin annexé sur lequel la 'igure unique représente une vue d'ensemble schématique d'un dispositif selon l'invention. Il est tout d'abord nécessaire de décrire et d'expliquer le fonctionnement d'un dispositif réfrigérateur auquel s'applique l'invention. Sur la Figure, le dispositif comprend un caisson isotherme 1 et un capteur solaire 8 qui lui est relié Le caisson isotherme 1 constitue une chambre froide dans laquelle sont entreposées par exemple des denrées alimentaires qui sont donc maintenues à une température voisine de OQC, grâce à la production de froid obtenu au moyen du capteur solaire 8 qui, associé aux autres éléments du dispositif, produit 2538884. de la glace dans l'évaporateur 2 enfermé dans le caisson isotherme 1 Le capteur solaire 8 se présente sous la forme d'un bottier 10 a_, de préeférence en cuivre, dont l'in- térieur est garni d'un matériau adsorbant 10 tel que la zéolithe qui est un aluminosilicate composé micro-poreux présentant de fortes capacités d'adsorption ou de désorp- tion Ledit bottier O la contenant de la zéolithe 10 est disposé dans un caisson isolant 9 dont la paroi supérieure 9 a est transparente. Le capteur solaire 8 est en communication avec un circuit contenant de l'eau Ledit circuit comprend un évaporateur 2 placé à l'intérieur du caisson isotherme 1, une première canalisation 3 reliant -l'évaporateur 2 à une vanne à trois voies 7, une seconde canalisation reliant un conduit 14 à la partie supérieure d'un condense nr à ailettes 6, puis la partie inférieure du condenseur 6 à la partie supé- rieure d'un réservoir extérieur 5, enfin la partie infé- rieure de ce dernier à la partie supérieure de l'évapora- teur 2 L'eau se trouve dans un circuit hermétiquement clos dans lequel règnent des pressions variant entre 10 et millibars. Le principe de fonctionnement est le suivant: pendant le jour, les rayons solaires chauffent le capteur solaire 8 et la zéolithe 10 qu'il contient; la température et la pression montent progressivement dans le capteur solaire 8. La vanne à trois voies 7 obstruant la canalisation 3, la zéolithe rejette par désorption son eau sous la forme de vapeurs qui arrivent dans le condenseur 6, leur condensa- tion, associée au fait que le tube 4 est de type capillaire, entre le réservoir extérieur 5 et l' évaporateur 2 contri- bue à ce que la pression dans l'évaporateur 2 est beaucoup moins importante que dans le capteur solaire 8; les vapeurs condensées, grâce à cette différence de pression, attei- gnent l'évaporateur 2 Le soir, la température et la pres- sion baissent dans le capteur solaire 8 et l'évaporateur 2 se trouve partiellement rempli d'eau condensée dans la journée la zéolithe 10 a Joué le r 8 le de compresseur chimique. Au début de la nuit, la température de la zéolithe 10 continue à baisser et la pression dans le condenseur 6, le réservoir 5 et le capteur solaire 8 baisse également. On manoeuvre alors la vanne à trois voies 7 pour ouvrir la canalisation 3 et obstruer la jonction avec le conden- seur 6 La zéolithe joue alors le r 8 le de pompe chimique et adsorbe l'eau s'évaporant de l'évaporateur 2, modi- fiant la pression à l'intérieur de ce dernier. Le circuit étant hermétiquement clos, l'eau restant dans l'évaporateur 2 se transforme en glace et contribue donc à maintenir la température dans le caisson isotherme, voisine de O o O Cette phase d'adsorption produisant le froid se prolonge jusqu'au matin. On pourra également de façon connue, remplacer la vanne à trois voies 7 par une vann automatique à siphon telle que décrite dans la demande de brevet français 82 12824. Le dispositif comprend en outre un second circuit qui comporte un échangeur de chaleur 20 constitué d'un tube à ailettes traversant la zéolithe 10 tout le long de celle-ci L'entrée de fluide de l'échangeur 20 est re-liée pun conduit 21 à la sortie d'un circulateur 22. L'entrée du circulateur 22 est reliée d'une part à la sortie d'un refroidisseur 23, et d'autre part au conduit de sortie d'une seconde vanne à trois voies 24, dont l'entrée est reliée soit à la partie chaude d'un réser- -voir de stockage de fluide 25, via un conduit 26, soit à la partie froide dudit réservoir, dans la partie infé- rieure de celui-ci, via un conduit 27 Quant à la sortie de l'échangeur 20, elle est reliée via un conduit 28 d'une part à la partie tiède, centrale, du réservoir 259 2538884. et d'autre part et simultanément à l'entrée du refroidis- seur 23, via une vanne 29 Le fluide circulant dans ee second circuit est de l'eau. Le fonctionnement du second circuit est le suivant: tout d'abord lorsque, en phase diurne, c'est-à-dire de désorption, l'ensoleillement est plus que satisfaisant et que tout le fluide du circuit réfrigérateur a intégrale- ment circulé du capteur 1 vers l'évaporateur 2 via le condenseur 6 et le réservoir 5 avant la fin de ltensoleil- lement, on conçoit que l'on dispose alors d'une énergie thermique inutilisable dans le circuit réfrigérateur clas- sique On utilise avantageusement cette énergie dans le présent exemple de l'invention pour chauffer l'eau du second circuit qui circule alors, par une commutation appropriée des vannes, de la partie froide du réservoir A via le conduit 27 et le oirculateur 22 vers l'échan- geur 20, puis de l'échangeur vers la partie tiède du réservoir via le conduit 28, la partie tiède étant idi- quée par la référence 253. On dispose ainsi en permanence d'un stock d'eau chaude dans la partie 25 C en haut du réservoir, les parois dudit réservoir étant, de façon appropriée, isolantes. Lorsque l'ensoleillement vient à tre insuffisants alors on complète celui-ci en commutant la vanne à trois voies sur le conduit 26 relié à la partie chaude 25 C du réser- voir, un apport d'énergie thermique étant ainsi effectué par la circulation de ladite eau chaude dans l'échangeur , son retour étant encore effectué dans la partie tiède 253. Enfin, lorsque la température nocturne n'est pas assez basse pour assurer complètement la phase d'adsorption, alors le second circuit est employé comme un circuit refroidisseur traditionnel, c'est-à-dire que l'eau circule vers l'échangeur 20 via le circulateur 22,puis retourne vers l'entrée du circulateur via le conduit 28, la vanne 29, alors ouverte, et le refroidisseur 23. Ainsi le dispositif selon l'invention permet d'une part de faire fonctionner le dispositif avec des températures dans le capteur toujours adéquates, au profit du rende- ment de l'ensemble, et d'autre part de récupérer la chaleur sensible fournie par le système entre la fin de la désorption et le début de l'adsorption. On pourra également prévoir des moyens de réchauffage de l'eau du second circuit comportant par exemple une résistance électrique ou des moyens de chauffage à gaz, dans le cas o l'eau la plus chaude du réservoir 25 n'est elle-mgme pas assez chaude. En outre,la commutation de la vanne 24 du second circuit pourra Otre effectuée de façon thermostatique, à l'aide des températures enregistrées dans le capteur et dans le réservoir 25, la vanne trois voies 24 pouvant dans ce cas Otre mélangeuse, afin que la température de l'eau envoyée vers l'échangeur 20 ne soit pas inutilement trop chaude. Linvention, s'applique avantageusement à toutes sortes de réfrigérateurs fonctionnant par apport d'énergie ther- mique En particulier le corps situé dans le capteur 8 pourra également Otre du charbon, le fluide frigorigène étant alors, de façon conventionnelle, du méthanol. On pourra également, dans le cas o ledit matériau reste de la zéolithe, employer comme fluide frigorigène de l'eau salée. Enfin toutes les modifications que pourra apporter l'Homme de l'Art dans le cadre de-ses connaissances normales seront incluses dans l'invention, dont l'exemple de réalisation ci-dessus n'est donné qu'à titre indicatif, 2538884, RE VENDI CAT,0 N S 1 Dispositif réfrigérateur du type fonctionnant par apport d'énergie thermique et comprenant un premier cir- cuit d'échange comportant un capteur solaire ( 8) à l'intérieur duquel est prévu un matériau ( 10) à forte capacité d'adsorption et de désorption, relié à un évapo- rateur ( 2) disposé dans une enceinte à refroidir ( 1) via un conduit ( 14) communiquant soit avec une première cana- lisation reliée à l'entrée de l'évaporateur ( 2) via un condenseur ( 6), soit avec une canalisation de sortie ( 3) de l'évaporateur ( 2), un fluide frigorigène circulant dans l'ensemble, caractérisé par le fait qu'il comporte un second circuit comprenant, à l'intérieur dudit matériau ( 10) un échangeur ( 20) relié à un réservoir de stockage ( 25) contenant un second fluide à différentes températures ( 25 A, 25 B, 250). 2 Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le second circuit peut tre bouclé sur lui-même via un re- froidisseur ( 23). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le second circuit comprend, en amont de l'échangeur ( 20), un circulateur ( 22). 4 Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le secon 4 doircuit comporte, en amont du circulateur ( 22),une vanne à trois voies ( 24) dont les deux entrées sont respec- tivement reliées à la partie froide ( 25 A) et à la partie chaude ( 250) du réservoir ( 25), la sortie de l'échangeur étant reliée à la partie tiède ( 253) du réservoir ( 25). Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4,dans lequel l'échangeur du second circuit est constitué d'un tube à ailettes. 6 Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la vanne à trois voies ( 24) du second circuit est commandée thermostatiquement.