Brevet FR2624266A1 — publié le 19890609

La présente invention concerne une installation de climatisation par absorption conçue pour utiliser plus par- ticulièrement soit les rejets thermiques d'un moteur ou d'un appareil analogue, soit l'énergie solaire, et pouvant être utilisé soit sous forme fixe soit embarqué sur un véhi- cule. Une installation de climatisation par absorption comporte principalement un bouilleur chauffé à haute tempé- rature, à partir d'une source de chaleur quelconque. dans lequel un fluide frigorigène est chassé par vaporisation, un condenseur dans lequel le fluide frigorigène se liquéfie, un évaporateur dans lequel le frigorigène liquide se vaporise pour produire le froid recherché et un absorbeur dans lequel le frigorigène gazeux est réabsorbé dans la solution appau- vrie avant d'être retourné au bouilleur par l'intermédiaire d'une pompe. Le bouilleur et le condenseur d une telle ins- tallation fonctionnent à une haute pression qui est la pression de condensation du fluide frigorigbne, tandis que l'évaporateur et l'absorbeur fonctionnent à une basse pres- sion qui est la pression d'évaporation du fluide frigori- gène. Les circuits haute et basse pression sont reliés par une ou plusieurs pompes et des détendeurs qui peuvent être des pulvérisateurs. On connaît déjà des installations de climatisation par absorption de ce type, ainsi qu'il est décrit par exemple dans le brevet FR-A-I 325 938. La présente invention concerne des perfectionnements apportés à une telle installation dans le but de la rendre compacte, ce qui facilite son emploi à bord d'un véhicule, et d'augmenter son rendement. A cet effet cette installation de climatisation par absorption comportant une enceinte haute pression contenant un bouilleur chauffé à haute température. dans lequel un fluide frigorigène est chassé par vaporisation, et un con- denseur sur lequel le fluide frigorigène se liquéfie. et une enceinte basse pression contenant un évaporateur sur lequel le frigorigène liquide se vaporise pour produire le froid recherché et un absorbeur sur lequel le frigorigène gazeux est réabsorbé dans la solution appauvrie avant d'être re- tourné au bouilleur par l'intermédiaire d'une pompe, est caractérisée en ce que les deux enceintes haute pression et basse pression ont chacune une enveloppe de forme générale torique, d'axe vertical commun, l'enceinte haute pression étant disposée au-dessus de l'enceinte basse pression et des moyens de refroidissement sont disposés dans l'espace central libre délimité par les parois cylindriques internes des deux enveloppes des deux enceintes, pour assurer l'é- change partiel ou total de la puissance calorifique produite par la condensation, l'absorption et éventuellement l'évapo- ration. On décrira ci-après,à titre d'exemples non limita- tifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe axiale et verticale d'une installation de climatisation par absorption suivant l'invention. La figure 2 est une vue en plan de l'installation de climatisation de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe axiale et verticale d'une autre variante d'exécution de l'installation de clima- tisation par absorption dans le cas o elle est embarquée sur un véhicule. La figure 4 est une vue en coupe axiale et verticale d'une autre variante d'exécution de l'installation de clima- tisation par absorption suivant l'invention. Si on se réfère aux figures 1 et 2. on voit que ces figures représentent une installation de climatisation par absorption comportant deux ensembles superposés à savoir une enceinte supérieure 1 à haute pression Pc et une enceinte inférieure 2 à basse pression Po. Ces deux enceintes 1 et 2 ont chacune une enveloppe de forme générale torique avec un axe vertical commun. Les enveloppes des deux enceintes 1,2 comprennent des parois externes cylindriques respectives la,2a et des parois internes cylindriques respectives lb.2b. L'enceinte supérieure haute pression 1 comporte également une paroi horizontale annulaire supérieure lc et une paroi annulaire inférieure constituant le fond tronco- nique interne ld, convergeant vers le haut, délimitant la partie active proprement dite de l'enceinte 1. Les quatre parois la,lb.lc,ld enferment un bouilleur 5, un condenseur 6 et inférieurement un échangeur de solutions 7. L'enceinte supérieure haute pression repose sur l'enceinte inférieure 2 par des entretoises verticales 11, constituant éventuelle- ment des ailettes, et assurant la stabilité horizontale de l'enceinte supérieure 1. De la même façon l'enceinte inférieure basse pres- sion 2 comprend une paroi horizontale annulaire supérieure 2c et un fond tronconique 2d convergeant vers le haut. Les quatre parois 2a,2b,2c,2d de l'enceinte inférieure basse pression 2 enferment un évaporateur 3 et un absorbeur 4. Par ailleurs le fond tronconique 2d porte des ailettes de refroidissement radiales dont des parties 21 s'étendent à -l'extérieur et des parties 22 s'étendent à l'intérieur, à travers le fond 2d. Ainsi les enveloppes toriques des deux enceintes 1,2, du moins. en ce qui concerne l'enceinte supérieure 1, sa partie active, ont une section génératrice en forme de trapèze rectangle, à côté inférieur incliné de haut en bas en s'éloignant de l'axe vertical commun, du fait que leurs fonds ld et 2d ont une forme tronconique convergeant vers le haut. Dans la forme d'exécution de l'invention représentée sur les figures 1 et 2 les parois cylindriques externe la et interne lb de l'enceinte supérieure haute pression 1 portent respectivement des ailettes de refroidissement radiales 12,13 et 16,17. De la même façon les. parois cylindriques externe 2a et interne 2b de l'enceinte inférieure basse pression 2 portent respectivement des ailettes de refroidis- sement radiales 14,15 et 18,19. Toutes ces ailettes 12 à 19 sont réparties régulièrement autour de l'axe vertical commun des deux enceintes 1,2. Toutes les ailettes de refroidissement 12 à 19 s'étendent verticalement en partie à l'intérieur des deux enceintes 1,2 et en partie à l'extérieur de celles-ci. Les deux enceintes haute pression 1 et basse pres- sion 2 sont superposées si bien que leurs parois cylindri- ques internes lb,2b, de même diamètre, sont également super- posées et forment un passage pour l'air de refroidissement s'écoulant naturellement vers- le haut par convection, le long des parties externes 19 et 17 des ailettes portées par les parois internes lb et 2b, comme il est indiqué par les flèches. L'air de refroidissement s'écoule également dans les canaux délimités par les ailettes radiales inférieures 21 et également le long des parties externes 15 et 13 des ailettes radiales portées par les parois externes la et 2a. Comme il a été indiqué précédemment, l'enceinte supérieure haute pression 1 contient le bouilleur 5 qui est constitué par un serpentin alimenté par un fluide calopor- teur chaud Fc qui peut être l'eau de refroidissement d'un moteur ou un rejet liquide de température convenable, ou un caloporteur qui va chercher sa chaleur par exemple sur l'échappement d'un moteur, sur un rejet gazeux ou sur un capteur solaire. Le bouilleur 5 est arrosé extérieurement par les jets d'une rampe annulaire de pulvérisateurs 10 située sensiblement à mi-hauteur dans l'enceinte 1, au-des- sus du serpentin constituant le bouilleur 5. Ce serpentin est en partie soudé à une plaque annulaire tronconique 9, convergeant vers le bas, sur laquelle ruisselle, en direc- tion de l'axe, la solution qui s'appauvrit par ébullition. Le condenseur 6 qui constitue la partie supérieure de l'enceinte haute pression 1, est formé par les parties internes 12 et 16 des ailettes radiales sur lesquelles se condensent les vapeurs de frigorigène dégagées par le bouil- leur 5. La vapeur de frigorigène qui est condensée, dans le condenseur supérieur 6, le long des ailettes 12,16, est recueillie dans une auge annulaire interne 31, solidaire de la paroi interne lb, et dans une auge annulaire externe 32, solidaire de la paroi externe la, ces auges 31,32 recueil- lant le condensat de frigorigène étant disposées respective- ment sous les ailettes 16 de la paroi interne lb et les ailettes 12 de la paroi externe la. Ces auges 31,32 sont reliées à des conduits 33,34 s'étendant vers le bas et re- cueillant le frigorigène condensé. Sur le fond interne ld, de forme tronconique d'in- clinaison opposée à celle de la plaque 9 du bouilleur, c'est-à-dire convergeant vers le haut, est soudé le serpen- tin de l'échangeur de solution 7. La solution pauvre en frigorigène -Sp tombant du bord de la plaque 9, à proximité de la paroi interne lb. ruisselle sur l'ensemble fond ld serpentin 7 et se rassemble dans une gouttière annulaire lla adjacente à la paroi externe la, au point le plus bas de l'enceinte 1. La solution pauvre en frigorigène Sp, qui est re- cueillie dans la gouttière lla, à la partie inférieure de l'enceinte haute pression 1, est transmise, par gravité ou, suivant une variante, à l'aide d'une pompe, par des tubes ailetés 20 raccordés à la gouttière lla, qui s'étendent à l'extérieur de l'enceinte 1 et conduisent, dans l'enceinte 2, à des pulvérisateurs horizontaux 35 disposés à la partie supérieure de l'enceinte basse pression 2. Par ailleurs les conduits 33,34 récupérant le frigorigène condensé sont re- liés, dans l'enceinte inférieure basse pression 2. à des pulvérisateurs 36 disposés au-dessus de l'évaporateur 3, celui-ci étant réalisé sous la forme d'un serpentin disposé coaxialement dans l'enceinte inférieure basse pression 2. Un conduit 37- sur lequel est branchée une pompe de circulation 8, relie le fond 2d de l'enceinte basse pression 2, o est recueillie la solution régénérée de l'absorbeur 4, à l'é- changeur des solutions 7. La solution réchauffée sort de cet échangeur par un tube 38 pour alimenter la conduite annu- laire des pulvérisateurs 10. L'installation suivant l'invention, constituée des enceintes superposées 1,2, peut être avantageusement logée à l'intérieur d'un capotage 24 ouvert à sa partie inférieure pour permettre l'entrée d'air de refroidissement. La paroi horizontale supérieure du capotage 24 est percée d'une ou- verture centrale dans laquelle est logé un ventilateur 23 d'axe vertical, pour augmenter le débit d'air à travers l'installation. Dans la variante d'exécution représentée sur la figure 3 l'installation comprend un groupe de refroidisse- ment additionnel constitué d'un radiateur 26 disposé dans la partie extrême supérieure du conduit délimité par la paroi interne lb de l'enceinte supérieure haute pression 1, d'un ventilateur 27 disposé dans ce même conduit en dessous du radiateur 26 et d'une tubulure 25 constituant un circuit fermé pour la circulation d'un fluide caloporteur mis en mouvement par une pompe 39 branchée sur cette tubulure. Cette tubulure 25 est raccordée en série, ou en variante en parallèle, à un serpentin 40 logé dans l'enceinte inférieu- re basse pression 2 pour constituer une partie de l'absor- beur 4, et à un autre serpentin 41 logé dans l'enceinte haute pression 1 et constituant une partie du condenseur 6. Avec une telle disposition une partie de la puissance de la condensation est évacuée par les ailettes 12,13 portées par la paroi externe la de l'enceinte haute pression 1 et l'au- tre partie de cette puissance est évacuée par l'échangeur 41 vers le groupe de refroidissement 25,26,27,39. De même, une partie de la puissance d'absorption est évacuée par les ailettes 14,15 portées par la paroi externe 2a de l'enceinte basse pression 2 et l'autre partie est évacuée par l'échan- geur 40 vers le groupe de refroidissement 25,26,27,39. Dans la forme d'exécution de l'invention représentée sur la figure 3 les pentes des plaques 9 et ld sont inver- sées par rapport à celles indiquées à propos de la figure l.Autrement dit la plaque 9 a une forme tronconique conver- geant vers le haut et le fond ld a une forme tronconique convergeant vers le bas si bien que la gouttière lla se trouve maintenant adjacente à la paroi interne lb. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 4 le froid produit par l'appareil est transmis directement à un courant d'air passant dans le conduit central des enceintes 1 et 2. L'évaporateur est constitué par des ailettes radiales 28,29 dont les parties 28 intérieures à l'enceinte 2 reçoivent le ruissellement du frigorigène issu d'un pulvérisateur 36 et dont les parties extérieures 29 assurent le refroidissement du courant d'air qui est accéléré par un ventilateur 30 placé dans l'axe et à la partie supérieure de la conduite centrale, celle-ci ayant été munie d'un isolant thermique 41 sur les parois situées au-dessus des ailettes 29. La chaleur des ailettes 15 de l'absorbeur 4, celle des tubes ailetés 20 du retour de solu- tion appauvrie en frigorigène Sp et celle 'des ailettes 13 du condenseur 6 est évacuée par un courant d'air périphérique produit par un ventilateur inférieur 43 et un capotage ex- térieur 44. Le reste de l'installation reprend les réalisa- tions des figures 1,2 et 3. Bien que dans la description qui précéde les diver- ses formes d'exécution de l'installation suivant l'inven- tion comportent des ailettes 12,13,14,15,16,17,18,19,28,29 pour assurer l'échange partiel ou total de la puissance calorifique produite par la condensation et l'absorption, ainsi que, pour la variante de la figure 4, par l'évapora- teur, il va de soi que ces ailettes pourraient être rempla- cées par tout autre organe pouvant assumer la même fonction et on pourrait employer à cet effet des caloducs de formes similaires. REVENDICATIONS 1.- Installation de climatisation par absorption comportant une enceinte haute pression contenant un bouil- leur chauffé à haute température, dans lequel un fluide frigorigène est chassé par vaporisation, et un condenseur sur lequel le fluide frigorigène se liquéfie, et une encein- te basse pression contenant un évaporateur sur lequel le frigorigène liquide se vaporise pour produire le froid re- cherché et un absorbeur sur lequel le frigorigène gazeux est réabsorbé dans la solution appauvrie avant d'être retourné au bouilleur par l'intermédiaire d'une pompe, caractérisée en ce que les deux enceintes haute pression (1) et basse pression (2) ont chacune une enveloppe de forme générale torique, d'axe vertical commun, l'enceinte haute pression (1) étant disposée au-dessus de l'enceinte basse pression (2), et des moyens de refroidissement (16-19) sont disposés dans l'espace central libre délimité par les parois cylin- driques internes (lb,2b) des deux enveloppes des deux en- ceintes (1,2), pour assurer l'échange partiel ou total de la puissance calorifique produite par la condensation, l'absorption et éventuellement,l'évaporation. 2.- Installation suivant la revendication 1 caracté- risée en ce que les enveloppes toriques ont une section génératrice en forme de trapèze rectangle, à c6té supérieur horizontal et à côté inférieur incliné, c'est-à-dire que leurs fonds (ld,2d) ont une forme tronconique. 3.- Installation suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisée en ce que le bouilleur (5) est constitué en partie d'un serpentin soudé à une pla- que annulaire tronconique (9) le tout recevant des jets de pulvérisateurs (10) situés au-dessus du bouilleur (5). 4.-Installation suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisée en ce que l'échangeur de solution (7), placé en dessous du bouilleur (5) dans l'en- ceinte supérieure haute pression (1), est soudé à une plaque annulaire tronconique (ld) d'inclinaison opposée à celle (9) du bouilleur (5), la solution appauvrie en frigorigène (Sp) ruisselant sur le serpentin (7) et la plaque tronconique (ld). 5.- Installation suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisée en ce que chacune des enceintes (1,2) comporte des ailettes radiales (12-19) sur ses parois cylindriques (la,lb;2a,2b) constituant l'exté- rieur et l'intérieur de l'enveloppe torique, ces ailettes traversant la paroi et s'étendant aussi bien à l'intérieur (12,14,16,18) que vers l'extérieur (13,15,17,19) des encein- tes (1,2), les parties extérieures des ailettes étant re- froidies en convection libre par l'air ambiant tandis que les parties intérieures des ailettes constituent, dans l'en- ceinte basse pression (2), les surfaces de ruissellement de l'absorbeur (14,18) et, dans l'enceinte haute pression (1), les surfaces de condensation (12,16). 6.- Installation suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisée en-ce qu'elle comporte un refroidisseur de la solution appauvrie en frigorigène (Sp), lequel est formé de tubes ailetés (20) placés à l'extérieur des deux enceintes (1,2), et un refroidisseur de la solution riche (Sr) formé d'ailettes radiales (21,22) traversant le fond (2d) de l'enceinte basse pression (2). 7.- Installation suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte un ventilateur (23) et un capotage externe (24) qui est tracé pour forcer le passage de l'air entre les parties extérieu- res des ailettes, afin de les refroidir par l'air ambiant. 8.- Installation suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisée.en ce qu'elle comporte un circuit (25) de circulation d'un fluide caloporteur se re- froidissant dans un radiateur (26) placé au centre de l'installation dans le courant d'air d'un ventilateur (27), afin d'évacuer partiellement la puissance thermique du condenseur et de l'absorbeur. 9.- Installation suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisée en ce que l'évaporateur est constitué par des ailettes radiales (28,29) traversant la paroi cylindrique interne (2b) de l'enceinte basse pres- sion (2), afin de refroidir directement le flux d'air de climatisation, ces ailettes recevant, sur leurs parties internes (28), le ruissellement du fluide frigorigène, tan- dis que leurs parties externes (29) sont traversées par le flux d'air à rafraîchir qui est accélèré par un ventilateur central (30). 10.- Installation suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes caractérisée en ce qu'elle com- porte, à la place des ailettes (12-19,28,29), des plaques caloducs de même forme.