Brevet FR2658903A1 — publié le 19910830

La présente invention concerne un appareil de climatisation à absorption continue utilisable plus particulièrement mais non exclusivement sur un véhicule automobile. Un appareil de climatisation à absorption comporte un circuit fermé dans lequel circule un mélange frigorigéne, en changeant de phase, et qui comprend un bouilleur, un condenseur, un évaporateur et un absorbeur. Dans le bouilleur d'un tel appareil de climatisation qui est chauffé à haute température à partir d'une source de chaleur quelconque, le fluide frigorigéne est chassé par vaporisation vers le condenseur dans lequel il se liquéfie. Le frigorigène liquide ainsi obtenu se vaporise ensuite dans l'évaporateur pour produire le froid recherché et le frigorigène à l'état gazeux est réabsorbé, dans l'absorbeur, dans la solution de frigorigène appauvrie, avant d'être retourné au bouilleur par l'intermédiaire d'une pompe.Le bouilleur et le condenseur fonctionnent à une haute pression qui est la pression de condensation du fluide frigorigène, tandis que l'évaporateur et l'absorbeur fonctionnent à une basse pression qui est la pression d'évaporation du fluide frigorigéne. Les circuits haute et basse pression sont reliés par une ou plusieurs pompes et des détendeurs qui peuvent être des pulvérisateurs. Les appareils de climatisation à absorption et en particulier ceux qui utilisent, en tant que mélange frigorigène, un mélange eau-bromure de lithium, offrent l'avantage d'utiliser des produits qui ne sont ni dangereux ni polluants. Par ailleurs ils peuvent employer, pour le chauffage du bouilleur, de l'énergie calorifique jusqu'alors gaspillée et pour cette raison ils conviennent tout à fait à la climatisation des habitacles de véhicules puisqu'ils peuvent récupérer la chaleur qui leur est nécessaire soit sur le circuit de refroidissement du moteur thermique de traction du véhicule, soit sur les gaz d'échappement de ce moteur. Ces appareils de climatisation à absorption et en particulier ceux utilisant l'eau comme fluide frigorigène et le bromure de lithium comme absorbant présentent toutefois l'inconvénient que, par suite de leur cycle de fonctionnement la température de condensation et d'absorption ne peut dépasser une limite théorique, ce qui restreint beaucoup les applications envisageables. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient en procurant un appareil de climatisation qui, au moyen de quelques éléments simples à incorporer et peu onéreux, peut fonctionner dans un domaine de températures beaucoup plus étendu. A cet effet cet appareil de climatisation à absorption continue, utilisable notamment sur un véhicule automobile, comportant un circuit fermé dans lequel circule un mélange frigorigène et qui comprend un bouilleur, un condenseur, un évaporateur et un absorbeur, l'évaporateur comportant des surfaces d'échange externes servant à refroidir le flux d'air de climatisation, est caractérisé en ce qu'un compresseur est branché sur la canalisation de vapeur reliant les parties supérieures du bouilleur et du condenseur afin de créer dans le condenseur une pression supérieure à la pression régnant dans le bouilleur. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est un schéma d'un appareil de climatisation à absorption continue suivant l'invention. La figure 2 est un diagramme pression-température donnant les états des produits liquides et vapeurs dans le cycle de fonctionnement de l'appareil, ainsi que le titre des solutions. L'appareil de climatisation dont le schéma est représenté sur la figure 1, est plus particulièrement conçu pour être monté sur un véhicule automobile. I1 comporte, de la manière habituelle, un bouilleur 1, un condenseur 2, un évaporateur 3 et un absorbeur 4, lesquels sont reliés pour constituer un circuit fermé parcouru par un mélange d'un fluide frigorigène, tel que l'eau, et d'un absorbant tel que le bromure de lithium. Le bouilleur 1 est chauffé à la température la plus haute du cycle qui est par exemple de 1020C comme il est indiqué sur le diagramme de la figure 2 relatif à un mélange eau-bromure de lithium. Le point B correspond aux conditions de fonctionnement du bouilleur 1, la pression dans le bouilleur étant alors de 0,115 bar. Ce bouilleur 1 est chauffé par la chaleur récupérée à partir du moteur de traction 5 du véhicule sur lequel l'appareil de climatisation est monté.Le transfert de la chaleur ainsi récupérée peut etre réalisé soit par un circuit de dérivation partielle ou totale 6 du circuit d'eau de refroidissement du moteur de traction, comme il est représenté sur la figure 1, soit par une boucle de fluide caloporteur avec sa propre pompe et transportant la chaleur prélevée sur le dispositif d'échappement du moteur de traction, soit encore par des caloducs ayant leur zone d'évaporation dans le dispositif d'échappement du moteur 5 et leur zone de condensation dans le bouilleur 1. La vapeur d'eau sortant du bouilleur 1, à sa partie supérieure, est transmise au condenseur 2 par l'intermédiaire d'une canalisation 7 s'étendant entre les parties supérieures du bouilleur 1 et du condenseur 2 et sur laquelle est branché un compresseur 8 du type volumétrique rotatif ou du type centrifuge suivant le volume de vapeur à aspirer. De ce fait la pression régnant dans le condenseur 2 est supérieure à celle régnant dans le bouilleur 1 et on peut voir, sur le diagramme de la figure 2, que le point de fonctionnement C du condenseur 2 correspond à une température de 560C et à une pression de 0,165 bar supérieure à la pression de 0,115 bar régnant dans le bouilleur 1.Le condenseur 2 est refroidi extérieurement par des moyens 9, représentés par des flèches sur la figure 1, lesquels assurent un soufflage d'air atmosphérique au contact d'ailettes de refroidissement externes du condenseur 2. L'eau pure condensée qui est recueillie à la partie inférieure du condenseur 2 et dont le titre x est donc égal à 0,00, est transmise, par l'intermédiaire d'une conduite 11 sur laquelle est branchée une pompe de circulation 12, à la partie inférieure de l'évaporateur 3. Cette conduite 11 est reliée à l'extrémité inférieure d'un tube vertical central 13 qui est percé de trous espacés 14 assurant la pulvérisation de l'eau sur des surfaces d'échange internes de l'évaporateur 3. Cet évaporateur comporte par ailleurs des surfaces d'échange externes 15, représentées par des ailettes, lesquelles servent à refroidir le flux d'air de climatisation représenté par les flèches 16. La partie supérieure de l'évaporateur 3 est reliée, par une canalisation 17, à la partie supérieure de l'absorbeur 4. Sur cette canalisation 17 peut être branché un compresseur 18 afin de permettre d'abaisser la pression régnant dans l'évaporateur 3 par rapport à celle dans l'absorbeur 4. Par exemple si le compresseur 18 n'est pas prévu, l'évaporateur 3 peut fonctionner à une température de 140C et à une pression de 0,0158 bar, comme il est représenté par le point E1 sur le diagramme de la figure 2. La présence du compresseur 18 permet d'abaisser la température et la pression de l'évaporateur 3 qui peut alors fonctionner au point E2 correspondant à une température de 7,50C et une pression de 0,013 bar. L'absorbeur 4 est refroidi extérieurement par des moyens 19, représentés par des flèches sur la figure 1, lesquels assurent un soufflage d'air atmosphérique au contact d'ailettes de refroidissement externes de l'absorbeur 4. Par ailleurs l'absorbeur comporte un tube vertical central 21 percé de trous espacés 22 pour assurer la pulvérisation, sur des surfaces d'échange internes de l'absorbeur 4, de la solution pauvre en eau récupérée à partir du bouilleur 1. A cet effet une conduite 23 s'étend entre la partie inférieure du bouilleur 1 et l'extrémité inférieure du tube de pulvérisation 21 de l'absorbeur 4. Sur cette conduite 23 sont branchés un serpentin 24 d'un échangeur de chaleur 25 et une pompe de circulation 26. L'échangeur de chaleur 25 comprend un second serpentin 27 qui est branché, ainsi qu'une pompe de circulation 28, sur une conduite 29 reliant la partie inférieure de l'absorbeur 4 à l'extrémité inférieure d'un tube vertical central 31, percé de trous de pulvérisation espacés 32, logé dans le bouilleur 1. De ce fait la solution pauvre en eau, ayant un titre x égal à 0,63 (figure 2), qui sort du bouilleur 1 à une température relativement haute, est rafraîchie, par suite de son passage dans l'échangeur de chaleur 25, par échange thermique avec la solution régénérée riche en eau, ayant un titre x égal à 0,60 (figure 2), qui est relativement froide et qui passe dans le serpentin 27. La solution régénérée est ainsi réchauffée avant d'être pulvérisée sur les surfaces d'échange internes du bouilleur 1. Bien que dans la forme d'exécution non limitative décrite ci-dessus l'échangeur 25 comprenne deux serpentins 24,27 parcourus respectivement par les deux solutions entre lesquelles doit s'effectuer l'échange de chaleur, il va de soi qu'il pourrait être réalisé de toute autre manière et qu'il pourrait, notamment, ne comporter qu'un seul serpentin, parcouru par une solution, plongé dans un bain de l'autre solution. Les parties du cycle représentées sur la figure 2 entre les points A et B (entre absorbeur 4 et bouilleur 1) sont des droites parallèles montante pour x=0,60 et descendante pour x=0,63, lesquelles sont situées un peu audessus de la courbe de cristallisation CR. Comme on peut le voir sur le diagramme de la figure 2 le point de fonctionnement A de l'absorbeur 4 correspond à une température de 560C, comme le point C du condenseur 2, et à une pression de 0,0158 bar. On a également représenté, sur le diagramme de la figure 2, les points a et c qui correspondraient respectivement au fonctionnement de l'absorbeur 4 et du condenseur 2, en l'absence des compresseurs 8 et 18. On voit que dans ce cas la température du condenseur 2 et de l'absorbeur 4 serait seulement de 480C, alors qu'elle est élevée à 560C grâce à la présence des compresseurs 8 et 18. Cette élévation de température du condenseur 2 et de l'absorbeur 4 permet de réduire l'aire des surfaces d'échange thermique. En outre les compresseurs 8 et 18 assurent le transport à distance plus ou moins grande de la vapeur d'eau et permettent ainsi d'éloigner les uns des autres les divers composants de l'appareil et de les disposer à volonté. REVENDICATIONS 1.- Appareil de climatisation à absorption continue, utilisable notamment sur un véhicule automobile, comportant un circuit fermé dans lequel circule un mélange frigorigène et qui comprend un bouilleur (1), un condenseur (2), un évaporateur (3) et un absorbeur (4), l'évaporateur comportant des surfaces d'échange externes (15) servant à refroidir le flux d'air de climatisation, caractérisé en ce qu'un compresseur (8) est branché sur la canalisation de vapeur (7) reliant les parties supérieures du bouilleur (1) et du condenseur (2) afin de créer dans le condenseur (2) une pression supérieure à la pression régnant dans le bouilleur (1). 2.- Appareil suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'un compresseur (18) est branché dans la canalisation de vapeur de frigorigène (17) reliant les parties supérieures de l'évaporateur (3) et de l'absorbeur (4), afin de créer dans l'évaporateur (3) une pression inférieure à celle régnant dans l'absorbeur (4). 3.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le bouilleur (1) contient un tube vertical (31), percé de trous de pulvérisation espacés (32), et l'extrémité inférieure de ce tube de pulvérisation (31) est reliée à une conduite (29) raccordée à la partie inférieure de l'absorbeur (4), où est condensée la solution riche en frigorigène, et sur laquelle est branchée une pompe de circulation (28). 4.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'évaporateur (3) contient un tube vertical (13) percé de trous de pulvérisation espacés (14) et dont l'extrémité inférieure est reliée, par l'intermédiaire d'une conduite (11) sur laquelle est branchée une pompe de circulation (12), à la partie inférieure du condenseur (2) où est recueilli le frigorigène condensé. 5.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'absorbeur (4) contient un tube vertical (21) percé de trous de pulvérisation espacés (22) et dont l'extrémité inférieure est reliée, par l'intermédiaire d'une conduite (23), sur laquelle est branchée une pompe de circulation (26), à la partie inférieure du bouilleur (1) où est recueillie la solution pauvre en frigorigène.