Brevet FR2609535A1 — publié le 19880715

La présente invention concerne une pompe à chaleur à produit de sorption, c'est-å-dire une pompe à chaleur dans Laquelle le transfert de chaleur entre la source chaude et Le réseau d'utilisation est effectué au moyen d'un couple solide adsorbant-fluide frigorigéne présentant des propriétés de désorption endothermique et des propriétés d'adsorption ou d'absorption exothermique. On contact des pompes à chaleur de ce type comprenant un réacteur contenant le produit de sorption et dans Lequel est disposé un échangeur de chaleur à ai Lettes à travers lequel on envoie alternativement du fluide chaud en provenance de La source de chaleur pour provoquer La désorption du fluide frigorigêne et du fLuide du réseau d'utilisation pour récupérer La chaleur résultant de la réaction d'adsorption. Les possibilités de transfert sont Limitées par la surface de contact entre les particules de produit de sorption disposées de façon fixe dans le réacteur et La surface des ailettes de l'échangeur. De plus, en raison de l'alternance du cycle, l'installation n'assure sa fonction de chauffage du réseau d'utilisation que par intermittence. Afin de pallier cet inconvénient de l'intermittence, on a réalisé des installations dont le réacteur comprend au moins deux parties dont L'une est en contact thermique pendant une période de son cycle avec la source de chaleur tandis que L'autre partie est en contact thermique avec le réseau d'utilisation, Les connexions étant ensuite inversées pour que la première partie soit en contact thermique avec Le réseau d'utilisation et la seconde partie en contact avec la source de chaleur. Ainsi, le réseau d'utilisation est constamment en contact thermique avec L'une des parties du réacteur. Toutefois, chacune des parties est alternativement soumise à une action de chauffage par La source de chaleur et à une action de refroidissement par le fluide du réseau d'utitisa- tion. En conséquence, le rendement d'une tel le installation reste généraLement faible en raison de L'inertie des parties de réacteur à chaque changement de fonction. Un but de la présente invention est de proposer une pompe à chaleur à produit de adsorption présentant un fonctionnement continu et, par conséquent, un rendement amélioré. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon L'invention une pompe à chaleur à produit de sorption comprenant: un réacteur contenant Le produit de sorption et ayant au moins une première partie en contact thermique avec une source de chaleur et une seconde partie en contact thermique avec un circuit d'utilisation, un condenseur relié à la première partie de réacteur et à un évaporateur lui-même relié à la seconde partie de réacteur, et des moyens de déplacement du produit de sorption selon une boucle fermée entre La première et La seconde partie de réacteur. Ainsi, chaque partie de réacteur assure toujours la meme fonction et L'inertie thermique ne doit être vaincue que Lors de la mise en route de la pompe à chaLeur, le cycLe de fonctionnement de cette pompe à chaLeur étant assuré de façon continue. SeLon une version avantageuse de L'invention, La pompe à chaleur comporte des moyens d'accumulation de produit de adsorption disposés entre La première et la seconde partie de réacteur. Ainsi, Les moyens d'accumulation servent de tampon entre la partie en contact avec La source de chaleur et la partie en contact avec le réseau d'utilisation, en particulier la source de chaleur peut être utilisée de façon permanente même lors d'un fonctionnement intermittent du circuit d'utilisation. Selon un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, les moyens de déplacement du produit de sorption comprennent un transporteur vibrant, et de préférence Le transporteur comporte une sole sur laquelle repose le produit de adsorption, le contact thermique avec la source de chaleur et Le circuit d'utilisation étant réalisé par une circulation de fluide sous La sole du transporteur. Ainsi, le contact thermique est assuré de façon régulière pendant le mouvement du produit de sorption. Selon encore un aspect préféré de l'invention, le transporteur vibrant comporte deux parties séparées chacune équipée de moyens de vibration individuels. Ainsi on peut régler indépendamment le temps de contact thermique du produit de sorption avec La source de chaleur et avec le réseau d'utilisation. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention apparaîtront encore à la lumière de la description qui suit en liai son avec les dessins ci-joints parmi lesquels - la figure 1 est une représentation schématique de La pompe à chaleur selon L'invention, - la figure 2 est une vue en coupe axiale partielle d'une partie de réacteur selon L'invention. En référence aux figures, la pompe à chaleur selon L'invention comporte un réacteur généralement désigné en 1 comprenant une première partie 1A et une seconde partie 18 sensiblement identiques. Chacune des parties de réacteur 1A et 1B est formée par un transporteur vibrant comprenant une colonne centrale, respectivement 2A, 28, relié à un moteur d'entrainement, respectivement 3A, 38, destiné à donner à la colonne centrale des mouvements alternatifs à la fois selon une direction axiale de la colonne et selon une rotation de celle-ci par rapport à son axe. La colonne centrale 2A, 28 supporte une rampe hélicoldale, respectivement 4A, 48. La figure 2 est une vue en coupe axiale partielle de la partie de réacteur 1A. On constate que la rampe hélicoidale 4A comporte une sole hélicoidale SA sur laquelle repose le produit de sorption 6 et sous laquelle s'étend une seconde cloison hélicoidale 7A espacée de la sole SA et délimitant avec celle-ci un espace hélicoidal 8A. Au-dessus du produit de sorption 6, la cloison 7A délimite un espace 9A. Une cloison externe 10A ferme les espaces 8A et 9A du côté de la périphérie du transporteur vibrant.L'extrémité supérieure de La rampe 4A est reliée à L'extrémité inférieure de La rampe 48 par un conduit tubulaire 11A et L'extrémité supérieure de la rampe 48 est reliée à l'extrémité inférieure de La rampe 4A par un conduit tubulaire 118. A La partie inférieure du conduit tubulaire 11A, celui-ci comporte des moyens d'accumulation de produit de sorption formés par une trémie 12 séparée de l'extrémité inférieure de la rampe hélicoidale 48 par une trappe mobile 13 reliée à des moyens de commande 14. L'extrémité supérieure de L'espace héLicoidaL 8A est reliée à une source de chaleur, par exemple une chaudière 15, par une conduite 16. L'extrémité inférieure de l'espace 8A est reliée à La chaudière 15 par une conduite 17. L'espace 9A est relié à un condenseur 18 par une conduite 19. Le condenseur 18 est relié à un évaporateur 20 par un tube capillaire 21. L'évaporateur 20 est relié à l'espace hélicoidal s'étendant au-dessus du produit de sorption dans la seconde partie de réacteur 1B par une canalisation 22. Un échangeur de chaleur 23 est disposé dans l'évaporateur 20 et est relié par un circuit approprié à un réseau d'utilisation de froid 24. Un échangeur de chaleur 25 est disposé dans Le condenseur 18 et est relié d'une part à un réseau d'utilisation de chaleur 26 par une canalisation 27 et d'autre part à l'espace situé sous la sole de la seconde partie de réacteur 18' par une canalisation 28. L'extrémité supérieure de L'espace situé sous la sole de la rampe 48 est reliée en boucle fermée au réseau d'utilisation 26 par une canalisation 29. Le fonctionnement de l'installation selon l'invention est le suivant : du produit de sorption étant disposé dans les deux parties du réacteur, la chaudière 15 est mise en route ainsi que les organes d'entraînement 3A et 38. Du fluide à haute température est envoyé à la partie de réacteur 1A par la canalisation 16 et descend dans la partie de réacteur 1A à l'intérieur de l'espace 8A comme indiqué en tiret épais sur la figure 1. Le fluide de chauffage refroidi par son passage dans la partie du réacteur 1A retourne à La chaudière 15 par la canalisation 17. Simultanément, Le produit de sorption 6, par exemple un couple zéolithe-eau, charbon actifméthanol, hydrure métallique, ou sel-ammoniac monte lentement le long de la rampe 4A sous l'effet des vibrations engendrées de façon conventionnelle par le mécanisme d'entrainement 3A. Pendant sa progression Le long de la rampe 4A, le produit de sorption est en contact avec la sole 5A chauffée par Le fluide circulant dans l'espace 8A et le liquide frigorigéne se dégage du produit de sorption sous forme de vapeur qui monte le long de la rampe 4A et est évacuée vers le condenseur 18 par la canalisation 19 suivant le trajet schématisé en pointillé épais sur la figure 1. Ainsi, lorsque le produit de sorption atteint l'extrémité supérieure de la partie de réacteur 1A, il est exempt de fluide frigorigène et est chauffé à une température voisine de celle du fluide provenant de La chaudière 15, par exemple 2300 C. Le produit de sorption 6 qui atteint L'extrémité supérieure de la rampe 4A tombe par le conduit tubulaire 11A dans La trémie d'accumulation 12. Parallèlement, Les vapeurs atteignant le condenseur 18 sont condensées lors de leur contact avec l'échangeur de chaleur 25 et cèdent ainsi de la chaleur au fluide du circuit d'utilisation 26 qui circule dans l'échangeur 25. Les vapeurs condensées s'écoulent dans L'évaporateur 20 par le tuyau capillaire 21. Selon un débit qui est réglé par l'ouverture de la trappe 13 et les vibrations du moteur 38, le produit de sorption contenu dans Les moyens d'accumulation 12 est repris par la rampe 48 de la seconde partie du réacteur 1B. Le produit de sorption remonte La rampe 48 et absorbe les vapeurs provenant de L'évaporateur 20 selon une réaction exothermique qui chauffe la sole de la seconde partie de réacteur 1B. Le fluide du réseau d'utilisation qui circule sous la sole de La seconde partie de réacteur 1B (trait mixte épais sur ta figure 1) est donc réchauffé par contact avec ta sole de la rampe 48 et transfère ainsi de la chaleur au réseau d'utilisation 26. L'échangeur 23 absorbe Le froid produit par la réaction endothermique de vaporisation du liquide contenu dans L'évaporateur 20 et transfère ce froid au réseau d'utilisation de froid 24. Lorsque le produit de sorption 6 atteint L'extrémité supérieure de la rampe 48, il retombe par le conduit tubulaire 118 à la base de la rampe 4A. On constate donc que le fonctionnement du dispositif selon L'invention est entièrement continu et, en commandant l'ouverture de la trappe 13, on adapte la puissance calorifique transférée par la seconde partie de réacteur 1B au circuit d'utilisation 26 en fonction des besoins de celui-ci. Afin d'éviter que des vapeurs dégagées par chauffage du produit de sorption dans la partie de réacteur 1A n'aillent se condenser directement dans la partie de réacteur 1B en passant par les conduits tubulaires 11A et 11B, on prévoit avantageusement dans ces conduits des cloisons souples (non représentées) formant un sas vis-a-vis des vapeurs tout en laissant passer le produit de sorption. Compte tenu des possibilités de régulation de la quantité de chaleur transférée au réseau d'utilisation 26, il est possible de maintenir La chaudière haute-température 15 selon un fonctionnement constant et de garantir au niveau du réseau d'utilisation une température minimum beaucoup plus élevée qu'avec les dispositifs antérieurs. De plus, on constate que chacune des parties de l'installation est utilisée dans une gamme de température de faible amplitude et Le rendement de l'installation est donc sensiblement meilleur que dans les installations antérieures. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, le débit Le Long des rampes 4A et 48 peut être varié en modifiant simplement l'amplitude ou La fréquence des vibrations des dispositifs d'entraînement 3A et 38. On peut donc dans certaines limites réguler L'échange de température entre les parties de réacteur 1A et 18 sans qu'il soit nécessaire de prévoir de moyens d'accumulation 12. De même, bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des transporteurs vibrants, on pourra utiliser d'autres moyens de transport du produit de sorption permettant un échange de chaleur sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, on pourra utiliser une vis creuse disposée dans une gaine horizontale présentant un jeu par rapport à la vis, le produit de sorption étant entrainé par la vis tandis que le fluide de chauffage provenant de La chaudière 15 ou le fluide du réseau d'utilisation circulera à l'intérieur de la vis creuse. Dans le cas de L'utilisation d'un transporteur vibrant comme illustré sur les figures, on peut également prévoir de remplacer L'espace 8A et/ou son équivalent dans la seconde partie 18, par une canalisation en zig-zag maintenue en contact avec la face inférieure de la sole de La rampe du transporteur vibrant. Bien que l'installation selon l'invention ait été décrite avec deux parties de réacteur seulement, ce nombre n'est pas limitatif et on peut prévoir de l'augmenter en fonction de besoins spécifiques, les connections entre les parties de réacteurs étant adaptées à ces besoins. Par exemple on peut prévoir d'ajouter une troisième partie de réacteur comprenant un transporteur vibrant ayant son entrée reliée à la sortie de la première partie 1A et sa sortie reliée à l'entrée de la seconde partie 18, et une quatrième partie de réacteur comprenant un transporteur vibrant ayant son entrée reliée à la sortie de la seconde partie 1B et sa sortie reliée à l'entrée de la première partie 1A, la troisième et la quatrième partie étant thermiquement accouplées L'une à l'autre par un circuit caloporteur en boucle fermée s'étendant sous leur sole. Ainsi, le produit de sorption sortant de la première partie de réacteur sert à préchauffer Le produit de sorption sortant de la seconde partie de réacteur et le rendement de L'installation se trouve encore amélioré. On peut encore améliorer le rendement de L'installation en réalisant une communication calibrée entre les conduits 11A et 11B, en aval du sas les séparant respectivement de la sortie des parties de réacteur 1A et 1B, ce qui permet une détente adiabatique des gaz contenus dans le conduit 11 A et une compression adiabatique des gaz contenus dans le conduit 11 B. REVENDICATIONS 1. Pompe à chaleur à produit de sorption comprenant : un réacteur contenant le produit de sorption (6) et ayant au moins une première partie (1A) en contact thermique avec une source de chaleur (15) et une seconde partie (18) en contact thermique avec un circuit d'utilisation (26), un condenseur (18) relié à la première partie (1A) du réacteur et à un évaporateur (20) lui-même relié à La seconde partie (1B) du réacteur, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de déplacement (4A, 48) du produit de sorption selon une boucle fermée entre la première et la seconde partie de réacteur. 2. Pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'accumulation (12) de produit de sorption disposés entre la première et la seconde partie de réacteur. 3. Pompe à chaleur selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que les moyens de déplacement du produit de sorption comprennent un transporteur vibrant (3A, 4A; 38, 48). 4. Pompe à chaleur selon la revendication 3 caractérisée en ce que le transporteur comporte une sole (5A) sur laquelle repose le produit de sorption et en ce que le contact thermique avec la source de chaleur et le circuit d'utilisation est réalisé par une circulation de fluide sous la sole du transporteur. 5. Pompe à chaleur selon la revendication 3 ou la revendication 4 caractérisée en ce que le transporteur vibrant comporte deux parties (1A, 1B) chacune équipée de moyens de vibration (3A, 38) individuels.