Brevet FR2623889A1 — publié le 19890602

MI e2623889 DISPOSITIF REFRIGERATEUR A ENERGIE THERMIQUE L'invention concerne les dispositifs réfrigérateurs fonctionnant grâce à l'apport intermittent d'énergie thermique et suivant un cycle comprenant une phase d'adsorption d'un fluide dans un corps et une phase de désorption correspondante. Un tel dispositif a notamment été décrit dans le brevet FR-A-2 574 530 ou son équivalent US A- 4,686,836. Le dispositif comprend un capteur d'énergie thermique et un évaporateur placé dans une caisse thermi- quement isolante. Le capteur d'énergie thermique est constitué par un boitier étanche comportant une face supérieure exposée à une source d'énergie thermique et une face inférieure à laquelle est raccordé un conduit reliant le boitier à l'évaporateur. Entre ces deux faces est disposé un corps présentant les qualités requises d'adsorption et de désorption d'un fluide. Un espace est mé- nagé entre le corps adsorbant-désorbant et la face inférieure du boi- tier, et un condenseur est monté directement sur la face inférieure du boitier. De préférence, un support-plan pourvu d'ouvertures est disposé sous le corps adsorbant-désorbant de façon à maintenir ce dernier contre la face supérieure du boitier. Le condenseur peut, par exemple, comporter des ailettes disposées perpendiculairement à la face inférieure du boitier. Le conduit comporte de préférence un système évitant que les vapeurs passent directement de l'espace ménagé dans le boitier jusqu'à l'éva- porateur pendant la phase de désorption. Ce système peut consister en une vanne. Un tel dispositif réfrigérateur comprenant une vanne présente l'inconvénient de nécessiter une intervention humaine deux fois par cycle. La présente invention a pour but d'obvier à ces inconvénients au moyen d'un système approprié adapté sur le conduit. Les principaux avantages apportés par l'invention sont d'éviter la condensation de vapeurs dans l'évaporateur pendant la phase de désorption et d'augmenter le rendement du dispositif réfrigérateur tout en rendant le dispositif totalement automatique, c'est-à-dire sans intervention humaine. La présente invention a pour objet un dispositif réfrigérateur dont le fonctionnement s'effectue par apport intermittent d'énergie ther- mique et comprend une phase d'adsorption d'un fluide dans un corps et une phase de désorption correspondante, comprenant un capteur d'éner- gie et un évaporateur disposé dans une caisse therhniquement isolante, auquel est raccordé un premier conduit, le capteur étant constitué par un boitier étanche comportant une face supérieure exposée à une source d'énergie thermique et une face inférieure à laquelle est raccordé un second conduit, entre lesquelles est disposé le corps présentant les propriétés requises d'adsorption et de désorption du fluide, un espace étant ménagé entre le corps et la face inférieure, et un condenseur étant monté sur la face inférieure. Selon l'invention, l'extrémité du second conduit opposée au boitier, est reliée à la partie supérieure d'un réservoir et l'extrémité du premier conduit, opposée à l'évaporateur, pénètre dans le réservoir, en sa partie inférieure, et porte une soupape constituée d'un clapet sphérique pénétrant au moins partiellement dans le premier conduit et un élément de guidage selon un axe vertical. La présente invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celles-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation donné à titre non limitatif et à laquelle une planche de dessin est annexée sur laquelle: - la Figure 1 représente un dispositif réfrigérateur selon l'inven- tion, - la Figure 2 représente de façon détaillée un élément du dispositif réfrigérateu, selon l'invention. En référence aux Figures, le dispositif réfrigérateur comprend un capteur 1 qui se présente sous la forme d'un boitier, de préférence en acier inoxidable. Ce boitier comporte essentiellement deux faces en regard: une face supérieure 6 exposée à la source d'énergie ther- mique et une face inférieure 7. L'intérieur du capteur 1 est garni d'un corps 14 présentant une forte capacité d'adsorption ou de désorption d'un fluide, tel que la zéolithe qui est un alumino- silicate composé microporeux, le fluide utilisé étant alors de préfé- rence de l'eau, ou tel que du charbon actif, dans ce cas le fluide utilisé est de préférence du méthanol. Dans le capteur 1, un espace 9 est ménagé entre le corps 14 et la face inférieure 7. Le corps 14 est maintenu du c8té de la face supé- rieure 6 grâce à un support-plan 13. Celui-ci est miaintenu en place par exemple par des cales latérales non représentées. Le corps 14 étant léger, ces cales peuvent n'être disposées que contre les parois internes du boitier. Le support 13 peut être par exemple un grillage, ou une tôle perforée. Les trous pratiqués dans le support doivent être tels que le corps 14 ne puisse tomber dans l'espace 9 et que le support reste perméable pour le fluide. De préférence, les faces 6 et 7 ont une forme légèrement concave. En effet, l'intérieur du boitier est mis sous vide partiel ce qui engen- dre des contraintes appliquées au boitier. Celles-ci sont réduites lorsque l'on adopte cette forme. Il en est de même lorsque les faces 6 et 7 ont une forme légèrement convexe. On peut se reporter à la description du brevet précité pour une des- cription plus détaillée d'un tel capteur. Perpendiculairement à la face inférieure 7 du boitier et extérieure- ment à ce dernier, on dispose des ailettes qui, avec l'espace 9 et cette face inférieure 7, forment un condenseur 10. Le nombre et la surface des ailettes sont déterminés de façon à obtenir un condenrseur de performance donnée. ú63JUU9 Le capteur 1 est relié par l'intermédiaire d'un premier conduit 8, d'un réservoir 11 et d'un second conduit 4 à un évaporateur 2 placé dans une caisse thermiquement isolante 3 qui est emplie par exemple d'eau. Le premier conduit 8 est connecté par une extrémité à l'espace 9 ménagé dans le capteur 1 et le capteur est disposé de façon à ce que le point de jonction du capteur et du conduit 8 soit le point bas du boitier. Le premier conduit 8 est connecté par l'autre extrémité à la partie supérieure du réservoir 11. La forme du réservoir 11 peut être quel- conque, par exemple cylindrique, comme représenté sur la Figure 1 Le volume du réservoir est fonction de la surface de la face supérieure 6 du capteur 1 et du volume du corps adsorbant-désorbant contenu dans le boitier. Le second conduit 4 est connecté par une de ses extrémités à la par- tie supérieure de l'évaporateur 2. L'autre extrémité du conduit 4, opposée à l'évaporateur 2, pénètre dans le réservoir 11, dans sa partie inférieure et porte une soupape 20. La soupape 20 est constituée par un clapet 12 de forme sphérique, une partie du conduit 4 en son extrémité située dans le réservoir 11, dans laquelle le clapet pénètre au moins partiellement, et un élément de guidage 15 entourant le clapet 12 et permettant de guider le mou- vement de celui-ci selon un axe vertical. L'élément de guidage 15 peut notamment être constitué par un ressort. Le fonctionnement du dispositif réfrigérateur qui s'effectue grace à l'apport intermittent d'énergie thermique, par exemple d'énergie solaire, va maintenant être décrit. En présence d'énergie thermique, la température et la pression mon- 26t23889 tent progressivement dans le capteur 1. Le corps 14 rejette par désorption le fluide sous forme de vapeur. Les premières vapeurs formées se condensent sur la face 7 du boitier, et coulent dans le conduit 8. Le fluide s'accumule dans le réservoir 11. La pression dans l'évaporateur 2 est beaucoup moins importante que celle qui règne dans le capteur 1 et le réservoir 11. Du fait de cette différence de pression, le clapet sphérique 12 obstrue totale- ment le conduit 4. Ainsi, les vapeurs ne peuvent passer directement de l'espace 9 ménagé dans le capteur à l'évaporateur 2. Dans le cas o l'énergie thermique est de l'énergie solaire, cette phase de désorption correspond à la phase diurne. En l'absence d'apport d'énergie thermique, la température du corps 14 baisse, ainsi que la pression dans le capteur 1. Le corps 14 commence à adsorber le fluide qui s'était accumulé dans le réservoir 11. La pression dans le réservoir 11 baisse tandis que celle qui règne dans l'évaporateur 2 reste constante. Lorsque la pression dans le réservoir 11 devient inférieure à la somme de la pression dans l'évaporateur 2 et de la poussée d'Archi- mède exercée sur le clapet sphérique 12, le clapet sphérique se sou- lève, libérant ainsi l'entrée du conduit 4. Le fluide accumulé dans le réservoir 11 passe complètement dans l'évaporateur 2, sous l'effet de la gravité. Du fait de la différence de pression existant entre le réservoir 11 et l'évaporateur 2, le clapet 12 reste soulevé et le corps 14 conti- nue à adsorber le fluide qui s'évapore maintenant de l'évaporateur 2. Le circuit étant hermétiquement clos, et l'évaporation étant endo- thermique, il y a un dégagement de froid dans l'évaporateur. L'eau contenue dans la boite isolante 3 dans laquelle est plongée l'évapo- rateur se solidifie et contribue donc à maintenir la température dans la caisse isolante à une température voisine de 0 C, même lorsque l'adsorption est terminée. Cette phase d'adsorption produisant le froid se prolonge jusqu'à nouvel apport d'énergi- thermique. Dans le cas o l'énergie thermique est de l'énergie solaire, cette phase d'adsorption correspond à la phase nocturne. On constate que le système selon l'invention permet d'éviter que les vapeurs condensées passent directement de l'espace 9 ménagé dans le capteur jusqu'à l'évaporateur 2, pendant la phase de désorption du fait de la différence de pression existant entre le capteur 1 et l'évaporateur 2. Ainsi, le dégagement de chaleur entrainé par la condensation de vapeurs dans l'évaporateur 2 est évité, ce qui augmente le rendement du dispositif réfrigérateur. Ce rendement est amélioré aussi du fait que le fluide est admis dans l'évaporateur à une température inférieure à celle qu'il aurait s'il passait directement de l'espace 9 à l'évaporateur 2. D'autre part, la quantité de fluide qui est évaporée dans le réser- voir 11 avant que le clapet ne se soulève est tout-à-fait négligea- ble. De plus, on peut constater que la présence du clapet sphérique ne gêne pas le passage des vapeurs pendant la phase d'adsorption et n'a donc pratiquement aucune influence sur cette phase de fonctionnement du dispositif réfrigérateur. L'appareil qui a été décrit peut fonctionner avec de la zéolithe comme corps adsorbant-désorbant et avec de l'eau conmme fluide; le dispositif peut également fonctionner avantageusement à l'aide du charbon actif conmme corps adsorbant-désorbant et du méthanol conmme fluide. Dans un exemple de réalisation le réservoir 11 est constitué par un cylindre en acier inoxydable ayant un diamètre de 150 mn, le clapet ayant un poids inférieur à 2,5 g. Bien que seul un mode de réalisation de l'invention ait été décrit, il est évident que toute modification apportée par l'Hommne de l'Art dans le même esprit entrerait dans le cadre de la présente invention. 7" REVENDICATION Dispositif réfrigérateur dont le fonctionnement s'effectue par ap- port intermittent d'énergie thermique et comprend une phase d'adsorp- tion d'un fluide dans un corps et une phase de désorption correspon- dante, comprenant un capteur d'énergie (1) et un évaporateur (2) dis- posé dans une caisse isolante (3), auquel est raccordé un premier conduit (4), ledit capteur étant constitué par un boitier (5) compor- tant une face supérieure (5) exposée à une source d'énergie thermique et une face inférieure (7) à laquelle est raccordé un second conduit (8), entre lesquelles est disposé ledit corps présentant les proprié-. tés requises d'adsorption et de désorption dudit fluide, un espace (9) étant ménagé entre ledit corps et ladite face inférieure, et un condenseur (10) étant monté sur ladite face inférieure, caractérisé en ce que l'extrémité dudit second conduit, opposée audit boitier, est reliée à la partie supérieure d'un réservoir (11) et en ce que l'extrémité du premier conduit, opposée à l'évaporateur, pénètre dans ledit réservoir (11), en sa partie inférieure, et porte une soupape (20) constituée d'un clapet sphérique (12), pénétrant au moins par- tiellement dans ledit premier conduit, et d'un élément de guidage (15) selon un axe vertical dudit clapet.