Brevet FR2666875A1 — publié le 19920320

DESCRIPTION TECHNIQUE L'invention concerne les machines frigorifiques en général et, plus particulièrement celles qui utilisent un cycle thermodynamique à adsorptiondésorption sur zéolithes. Dans les systèmes connus de ce genre, les enceintes constituant le condenseur et l'évaporateur sont généralement fabriquées par mécano-soudure et leur forme est peu adaptée pour échanger la chaleur avec l'air ambiant. I1 en résulte plusieurs inconvénients tels que - coût de fabrication élevé, - mauvais échange thermique avec l'air ambiant d'où mauvaises performances, - encombrement excessif. De plus une grande longueur de soudure est généralement nécessaire, ce qui augmente le risque de fuite. Enfin, ces techniques de construction ne sont pas adaptées à la fabrication d'échangeurs de grande longueur requis pour les systèmes à connexion naturelle, utilisant l'effet de cheminée. Le dispositif suivant l'invention a pour but d'éliminer la majorité de ces inconvénients. I1 permet en effet, de réaliser des machines frigorifiques compactes, ayant de bonnes performances et d'un coût de fabrication aussi bas que possible. L'invention concerne une machine frigorifique à adsorption-désorption d'un fluide thermodynamique convenable sur zéolithes comportant - un condenseur (1) rempli de zéolithes réalisé au moyen d'un profilé d'aluminium ayant au moins une cavité tubulaire centrale pouvant être fermée à ses deux extrémités par des plaques (5) qui sont fixées sur le profilé d'aluminium par des moyens convenables pour assurer une parfaite étanchéfté, - un évaporateur (2) également réalisé dans un profilé d'aluminium comportant au moins une partie tubulaire susceptible d'être fermée à ses deux extrémités par au moins une plaque (5) et dont l'intérieur est tapissé de moyens (6) convenables, pour retenir sur place l'eau de condensation sans qu'elle ne puisse s'écouler au fond de l'évaporateur (2), - des moyens (8) permettant d'échanger la chaleur reçue ou cédée par le condenseur (1) ou l'évaporateur (2) avec l'air, ou d'une façon plus générale le milieu constituant les sources chaudes et froides de la machine frigorifique. Suivant une autre caractéristique, les moyens (6) permettant d'assurer la rétention d'eau sur les parois de l'évaporateur (2) sont constitués par une infinité de petites encoches creusées dans la paroi d'aluminium avec une forme convenable, en poche ou en conque, pour retenir une certaine quantité de liquide. Suivant une autre caractéristique, les moyens (6) permettant de retenir l'eau sur la paroi de l'évaporateur (2) sont constitués d'une couche de matière poreuse susceptible de se gorger du liquide constituant le fluide thermodynamique. Suivant une autre caractéristique, les moyens (6) permettant de maintenir une couche d'eau sur la paroi de l'évaporateur (2) sont constitués par un grillage ou des plaques métalliques retenant l'eau par capillarité. Suivant une autre caractéristique, les moyens (8) permettant au cycle d'échanger de la chaleur avec l'extérieur sont des ailettes d'aluminium faisant partie intégrante du profilé d'aluminium du condenseur (1) seul, de l'évaporateur (2) seul ou de ces deux éléments simultanément. Suivant une autre caractéristique, les moyens (8) permettant d'échanger de la chaleur entre le cycle thermodynamique et le milieu extérieur sont des canalisations (9) faisant partie intégrante du profilé d'aluminium, convenables pour être parcourues par un liquide et pouvant être disposées sur l'évaporateur (2) seul, sur le condenseur (1) seul ou sur ces deux éléments simultanément. Suivant une autre caractéristique, le profilé d'aluminium constituant le condenseur (1), comporte des trous (10), pouvant avantageusement être cylindriques, convenables pour recevoir des résistances électriques blindées destinées à la régénération des zéolithes. Suivant une autre caractéristique, le fluide thermodynamique est constitué par de l'eau. Suivant une autre caractéristique, ce dispositif est utilisé comme assécheur d'air. Suivant une autre caractéristique, ce dispositif est utilisé comme pompe à chaleur air-air ou air-eau. L'invention sera mieux comprise avec les explications qui vont suivre, données à titre indicatif et, bien entendu non limitatives, référencées aux dessins annexes dans lesquels La figure 1 représente le schéma de principe d'une machine frigorifique à adsorption-désorption avec un pompage par zéolithes. La figure 2 représente une section de profilé d'aluminium utilisable pour réaliser le condenseur (1). La figure 3 représente un plan d'ensemble concernant une réalisation de l'invention dans laquelle l'échange avec le milieu extérieur est du type "air-air". La figure 4 représente une coupe du profilé constituant l'évaporateur (2) sur laquelle on peut voir une série d'échancrures constituant autant de poches destinées à retenir l'eau. La figure 5 représente un morceau de paroi d'évaporateur, recouvert d'un treillis métallique destiné à retenir un liquide par capillarité. La figure 6 représente aussi un morceau de paroi d'évaporateur recouvert d'un matériau poreux. Ces figures sont données à titre purement indicatif, afin de mieux comprendre le principe du dispositif. Elles ne sont en fait nullement limitatives et n'enlèvent donc rien à la généralité de l'invention. Par ailleurs, les différents éléments n'ont pas toujours été représentés suivant leurs proportions réelles quand cela ne nuisait pas à la compréhension des figures. Le principe d'une machine frigorifique peut être compris à partir de la figure 1. Toute machine comporte une enceinte vide d'air qu'on a ensuite remplie d'un fluide thermodynamique convenable. Celle-ci est bien entendu étanche et comporte - une enceinte (1) qu'on conviendra d'appeler, par analogie avec les machines à compresseur, "condenseur". Elle est remplie d'une poudre de zéolithes sur laquelle les molécules du fluide thermodynamique viennent s'adsorber - une enceinte (2) qu'on conviendra d'appeler, pour la même raison de facilité "évaporateur", dans laquelle, en début du cycle, le liquide thermodynamique se trouve à l'état liquide, - une canalisation (3), permettant de relier de façon étanche les enceintes (1) et (2), - une vanne (4), généralement à commande électrique, qui permet de contrôler la vitesse à laquelle le liquide thermodynamique s'évapore, c'est-à-dire finalement la puissance frigorifique qui se trouve ainsi libérée à l'évaporateur. Le fonctionnement peut être compris de la façon suivante. A la mise en route de la machine, supposons que le fluide thermodynamique (qui peut être de l'eau, du C02 ou un corps à molécules polaires) se trouve sous forme liquide dans l'évaporateur (2). Le condenseur (1) est alors sous vide. Dès l'ouverture de la vanne (4), il y a pompage de la vapeur du fluide thermodynamique qui est en équilibre avec le liquide dans l'évaporateur (2). Ce pompage déplace l'équilibre et il y a alors évaporation de liquide, donc absorption d'énergie calorifique (c'est-à-dire production de froid). La puissance frigorifique ainsi obtenue est contrôlée par l'ouverture de la vanne qui peut réaliser une perte de charge contrôlée, ou au contraire fonctionner en tout ou rien de façon séquentielle. Quand tout le liquide est évaporé, les zéolithes sont proches de la saturation et il faut alors interrompre le fonctionnement de façon à les régénérer. Pour cela, on chauffe tout le volume de zéolithes (7) à une température supérieure à 1000 C. Ceci peut être réalisé de différentes façons, soit par chauffage du corps du condenseur (1) au moyen de résistances blindées, soit en chauffant directement les zéolithes dans la masse par un phénomène de pertes diélectriques, provoqué par une onde électromagnétique à haute fréquence ou en hyperfréquence. Le condenseur (1) et l'évaporateur (2) comportent des ailettes (8) qui laissent le passage à une circulation d'air. Par exemple, dans le cas d'un fonctionnement en pompe à chaleur air-air, c'est l'air de la pièce à chauffer qui circulera autour du condenseur (1) tandis que l'air extérieur circulera autour de l'évaporateur (2). Dans d'autres applications, on remplacera cette circulation d'air autour de (I) et (2) par une circulation de liquide dans des tubes intégrés au profilé d'aluminium. L'utilisation d'un profilé d'aluminium permet de simplifier la construction de la machine et par conséquent, d'en réduire le coût. La figure 4 illustre la technique de fabrication. Comme on peut le voir la cavité interne du profilé est fermée aux deux extrémités par une plaque d'aluminium (5) qui est soudée sur le profilé par faisceau d'électrons, par laser, par TIG, MIG ou par tout procédé permettant d'obtenir une étanchéité de très haute qualité. Pour réaliser une machine de très grande puissance, il faudra donner à l'évaporateur et au condenseur, un volume suffisamment important. Pour cela, on peut utiliser plusieurs profilés assemblés côte à côte et leur donner une longueur importante.On notera à cet égard qu'une grande longueur permet, à condition de placer verticalement les profilés, de faire grâce aux cavités situées entre les ailettes (8), un effet de cheminée qui est de nature à permettre une circulation d'air par conexion naturelle. Un problème important est celui de la retenue du liquide dans l'évaporateur sur toute la surface interne du profilé (2). Ceci est en effet rendu nécessaire par le fait que l'énergie doit être évacuée au plus près des ailettes (8), compte-tenu de leur faible épaisseur qui limite le flux thermique circulant par conduction dans l'épaisseur des lames d'aluminium. Il serait en effet très mauvais, de laisser le liquide se répandre au fond du profilé. Une première solution pouvant être retenu pour fixer le liquide de façon quasiuniforme sur toute la surface de l'évaporateur consiste à ménager des encoches (6) dans la paroi interne de (2), par exemple au moyen d'un burin ou de ciseaux ayant un profil convenable. Le dessin de la figure 4 représente l'intérieur d'un évaporateur destiné à fonctionner verticalement ; le liquide est maintenu dans une multitude de petites poches en forme de fentes (6). Une deuxième solution consiste à plaquer sur les parois internes de (2) un grillage (11) ou une laine métallique convenable pour maintenir par capillarité, le liquide à proximité de la paroi. Ceci est schématisé sur la figure 5. Une troisième solution consiste à déposer sur les parois internes de (2), une couche de matériaux poreux, par shoopage ou par tout autre procédé convenable. I1 faut noter que l'enceinte doit être dégazée à haute température (entre 200 à 4000C) de façon à enlever tous les gaz occlus dans les parois et dans les zéolithes. Ceci signifie que tous les éléments intervenant dans la construction de l'enceinte sont réfractaires. Les échangeurs ainsi réalisés en profilé d'aluminium sont très esthétiques et peuvent être utilisés directement, sans capotage. Comme représenté sur la figure 3, ils peuvent être assemblés par une couche de mousse isolante (13). L'invention peut être utilisée dans toutes les applications des machines frigorifiques telles que les assécheurs thermodynamiques, les pompes à chaleur ou les chambres frigorifiques. REVENDICATIONS 1. Machine frigorifique à adsorption-désorption d'un fluide thermodynamique convenable sur zéolithes, caractérisée en ce qu'elle comporte - un condenseur (1) rempli de zéolithes, réalisé au moyen d'un profilé d'aluminium ayant au moins une cavité tubulaire centrale pouvant être fermée à ses deux extrémités par des plaques (5) qui sont fixées sur le profilé d'aluminium par des moyens convenables pour assurer une parfaite étanchéité, - un évaporateur (2) également réalisé dans un profilé d'aluminium comportant au moins une partie tubulaire susceptible d'être fermée à ses deux extrémités par au moins une plaque (5) et dont l'intérieur est tapissé de moyens (6) convenables pour retenir sur place l'eau de condensation sans qu'elle ne puisse s'écouler au fond de l'évaporateur (2), - des moyens (8) permettant d'échanger la chaleur reçue ou cédée par le condenseur (1) ou l'évaporateur (2), avec l'air ou d'une façon plus générale le milieu constituant les sources chaudes et froides de la machine frigorifique. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (6) permettant d'assurer la rétention d'eau sur les parois de l'évaporateur (2) sont constitués par une infinité de petites encoches creusées dans la paroi d'aluminium avec une forme convenable, en poche ou en conque, pour retenir une certaine quantité de liquide. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (6) permettant de retenir l'eau sur la paroi de l'évaporateur (2) sont constitués d'une couche de matière poreuse susceptible de se gorger du liquide constituant le fluide thermodynamique. 4. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens (6) permettant de maintenir une couche d'eau sur la paroi de l'évaporateur (2) sont constitués par un grillage ou des plaques métalliques retenant l'eau par capillarité. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens (8) permettant au cycle d'échanger de la chaleur avec l'extérieur sont des ailettes d'aluminium faisant partie intégrante du profilé d'aluminium du condenseur (1) seul, de l'évaporateur (2) seul ou de ces deux éléments simultanément. 6. Dispositif suivant l'une des revendications 2, 3 ou 4 caractérisé en ce que les moyens (8) permettant d'échanger de la chaleur entre le cycle thermodynamique et le milieu extérieur sont des canalisations (9) faisant partie intégrante du profilé d'aluminium, convenables pour être parcourues par un liquide et pouvant être disposées sur l'évaporateur (2) seul, sur le condenseur (1) seul ou sur ces deux éléments simultanément. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que le profilé d'aluminium constituant le condenseur (1), comporte des trous (10), pouvant avantageusement être cylindriques, convenables pour recevoir des résistances électriques blindées, destinées à la régénération des zéolithes. 8. Dispositif suivant l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le fluide thermodynamique est constitué par de l'eau. 9. Dispositif suivant une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme assécheur d'air. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il est utilisé comme pompe à chaleur air-air ou air-eau.