Brevet FR2689220A1 — publié le 19931001

-La présente invention concerne un système de réfrigération à cycle d'absorption (eau, amoniac, hydrogène ), utilisant les micro-ondes générés par un magnetron comme dispositif de chauffage du bouilleur, ce système de réfrigération peut égalenent être associé a un dispositif de chauffage d'eau, tout en restant alimenté par le mime magnetron dont on oriente les micro-ondes par un système de tiroir, et que l'on canalisent vers le mode de chauffage choisit, par le truchement de conduits véhiculant ces micro- ondes -Les techniques actuellement connues, consitent a utiliser la céllule thermo-electrique à "effet peltier" qui présente l'avantage de fournir en un seul module homogène et statique une face frigorifique et l'autre calorifique. -Cependant son emploi reste limitatif du fait des faibles puissances obtenues -Les pompes à chaleur ne sont utilisées pour cette fonction car leurs performances de chauffage n'atteindraient pas 1002 pour un appareil de cette dimension. De plus leurs conception et leurs mise en oeuvres seraient trop onéreuse et innoportune pour cette gamne de puissance. -jusquta lors, les techniques éfficaces utilisées pour répondre a une demande domestique ou commerciale de puissance frigorifique et/ou calorifique ont été l'emplois séparés de groupes frigorifiques (à cycle de compression), adjoints à des éléments de production calorifiques (résistances thermo-électriques ou bruleur gaz). -Quand à la mise en oeuvre du cycle de réfrigération à absorption, il a jusqu'a lors été associé à des modes de chauffage utilisant la récupération de chaleur (tubulures d'échappements de moteurs thermiques, ou vapeurs), ou des modes de chauffage plus classiques, (résistances thermoélectriques ou bruleur-gaz > . Supplanté dans le marché du froid commercial et ménager par le cycle de réfrigération à compression, il est cependant couramment employé pour les installations de climatisations du fait de son fonctionement silencieux et pour les installations ne disposant pas d'électricité (nécéssaire aux compresseurs), comme les réfrigérateurs de"campings" fonctionant au gaz ou les réfrigérateurs à cycle d'absorption fonctionant à l'énergie solaire, (brevet nô2562994 du 13/04/84, "jeumont- schneider" > -Le circuit frigorifique de l'invention reste classique, et comporte ses organes connues selon l'art anterieur. Cependant, la forme originale de I'abJorb2ur(l0) ne peut que favoriser la phase d'absorption de méme l'exploitation des micro-ondes résiduelles qui permet l'ébullition en deux étapes(bouilleur-élévateur et bouilleur-séparateur), ne peut que favoriser le cycle de réfrigération à absorption. -L'avantage de cette invention réside essentiellement dans le fait que le magnetron(2) fournissant les micro-ondes pour le réfrigérateur à absorption(l > , peut également en fournir pour un autre usage, tel, un four à micro-ondes(43 > , ou une cavité de chauffage d'eau par micro-ondes(4) -Il apparait dans ce cas qu'un simple aménagement dans le circuit d'alimentation en micro-ondes, par le truchement d'un dispositif d'orientation(22), et de canalisations de ces micro-ondes, autorise le fonctionement simultané du système frigorifique et du système calorifique en un seul appareil (figure 1 & 9) -La conception d'un tel appareil est rendue possible par l'assemblage de feuilles de métal , présentant un plan de jonction longitudinal, et empreintent du circuit frigorifique comportant les conduits, cavités et évidements(figures 1,5,6), et empreintent du circuit calorifique(figure9), ou par l'assemblage par soudure,de tuyauteries et pièces de chaudroneries formant ces circuits -selon la configuration de ces circuits, l'appareil prendra son aspect définitif aprés le pliage de ses parties, constituant alors une carcasse fonctionelle, assurant la production frigorifique (figure 7 & 8), et calorifique (figure 10), offrant ainsi une structure (ou chassis) apte a recevoir un habillage pour obtenir un appareil d'aspect finis (figure 10). -Les autres avantages inhérents à l'utilisation du cycle de réfrigération à absorption sont: son fonctionement silencieu, et sa longévité du fait de son fonctionement statique -D'autre part, l'utilisation calorifique des micro-ondes pour le chauffage de l'eau permet de maintenir un rendement optimal car le dépot de calcaire sur les parois de la cavité de chauffage n'altère pas la diffusion des micro-ondes, de plus le chauffage de l'eau par les micro-ondes est imédiatement éfficace car elles chauffent l'eau directement en son sein et n'offrent aucune inertie thermique contrairement aux résistances électrique : -Le chauffage de l'eau par micro-ondes est modulable, il suffit de programer la durée d'exposition des micro-ondes correspondant a un volume d'eau, à titre d'exemple non exhaustif :10 minutes suffisent a chauffer 1 litre d'eau de 204 & 100 , la durée de chauffage pour 25cl a la même T sera de 2,5 minutes .On peut envisager qu'un thermostat differenciel de température enregistre l'écart de température entre la sortie et l'arrivée d'eau (variant suivant les saisons), de manière a ce qu'il commande la durée optimale d'alimentation en micro-ondes du chauffage de l'eau -La figure 1 représente le schéma de principe de l'appareil pour une utilisation frigorifique du type réfrigérateur et calorifique du type "bouilloire" pour le chauffage de l'eau -Les figures 2,3 a 4, représentent le tiroir d'orientation des micro ondes -Les figures 5 & 8 représentent l'appareil frigorifique à absorption conçu pour une utilisation de l'évaporateur vertical -Les figures 6 & 7 représentent l'appareil frigorifique à absorption conçu pour une utilisation de l'évaporateur horizontal. -La figure 9 représente l'appareil dans sa configuration mixte (réfrigérateur et four à micro-ondes), assemblé en une feuille plane (avec coupe longitudinale au niveau d'orientation du tiroir de micro-ondes) -La figure 10 représente l'appareil de la figure 9 dontles pliages ont été éffectués, il reflète sur cette figure une image assez complète de l'une des application de l'invention -La figure 11 représente une vue détaillée de l'absorbeur,composé de deux éléments triangulaire d'absorbeur -La figure 1 met en evidence une coupe longitudinale de l'appareil frigorifique (1),le magnetron (2V, le tiroir d'orientation de micro-ondes (3), et l'utilisation des micro -ondes pour la production d'eau chaude(4) -L'alimentation en énergie de l'appareil est fournie par le magnetron (2) qui est alimenté au travers d'un circuit électrique connu selon l'art anterieur -Les ondes générées par le magnetron sont orientées par le tiroir d'orientation (22), dont le fonctionement est illustré par les figures 2,3 et 4 -Quand le tiroir (22) oriente les micro-ondes vers la fenêtre (4) de la production calorifique elles sont alors canalisées par le tube de canalisation de micro-ondes (30), et servent le mode de chauffage choisis, (four à micro-ondes, ou ballon d'eau chaude).Quand le tiroir (22) oriente les micro-ondes vers l'appareil de production frigorifique (1), elles sont alors canalisées par le tube (29) qui les acheminent au bouilleur-élévateur (5) en passant au travers d'une fenêtre de verre (ou de céramique ou de plastique) étanche (35) -La solution amoniacale est amenée au bouilleur par le conduit (14),ou elle est chauffée par les micro-ondes (du fait de l'agitation des moléculles d'eau à la fréquence des micro-ondes > , puis elle est acheminée au travres du tube élévateur (par capillarité et du fait de l'élévation de température) vers le bouilleur-séparateur(7), oules micro-ondes résiduelles chauffant toujours la solution riche,diminuent la solubilité de l'amoniac dans l'eau -il se dégage alors l'amoniac gazeux sous une pression voisine de sa tension de vapeur saturante à la température du bouilleur -L'amoniac gazeux s'élève favorisé en cela par la forme de "bouilloire" du bouilleur-séparateur(7), vers le rectificateur(l6) ou les vapeurs d'amoniaque se séparent des goutelettes d'eau entraînées mécaniquement, puis les vapeurs d'amoniaque sont acheminées au condenseur (8), qui incliné, canalise les condensat vers le capillaire (19), qui rejoint le collecteur (17) d'hydrogène (gazs pauvres),afin d'obtenir par conduction thermique entre ces deux conduits, un sous refroidissement de l'amoniaque condensé -Un capillaire (20) asure l'égalisation de pressions entrele condenseur et l'absorbeur, afin de faciliter la circulation des gazs -La détente des condensats d'amoniaque se produit en (21) ou les gazs se mélangent (amoniaque et hydrogène), formant le gaz riche qui s'évapore alors dans l'évaporateur (9 > -A la sortie de l'évaporateur (9), le gaz riche est absorbé en (18 > par la solution pauvre (15)qui, provenant du bouilleur est injecté dans le conduit de gazs riches (9),pour ensuite ètre admise a l'absorbeur (10 > -Dans l'absorbeur(10) la solution pauvre absorbe l'amoniaque du gaz riche (du fait du pouvoir important de dissolution de l'amoniaque dans l'eau), et tend a rejeter l'hydrogène du gaz riche vers le collecteur (17), ou l'hydrogène s'évacue (emmenant avec elle un peu d'amoniaque) -Cette opération est favorisée par la forme triangulaire des éléments d'absorbeur (10),et par les bosses (13) qui provoquent a la fois un brassage et une diffusion uniforme de la solution dans l'absorbeur -A la sortie de l'absorbeur,la solution enrichie est stockée dans le réservoir (11), pour ensuite étre acheminée vers le conduit (14),au travers de l'échangeur (12),vers l'alimentation en solution riche (15), du bouilleur -élévateur (5 > -La figure 2 montre une coupe longitudinale du tiroir d'orientation de micro-ondes (22 > , enveloppé hermétiquement par une membrane métallique (3 > , afin de confiner le tiroir dans une enceinte hermétique aux micro-ondes pour prévenir toutes fuites -Le principe de ce système utilise les propriétés réfléchisante du métal pour les micro-ondes , notament le fer Le tiroir de section rectangulaire est guidé dans sa translation longitudinale par l'enveloppe (3), qui lui sert de guide -A chaque extrémités du tiroir des ressorts tarés (24) assurent son positionement central au repos . -Des évidements coniques (23),ont été pratiqués dans le corps mobile du tiroir, parralèllement a un axe A-C' pour le conduit 25, et a un axe A-C pour le conduit 23 -Ces deux conduits d'orientation sont de direction opposés, et ont leurs bases les plus larges situées respectivement dans l'axe B', et dans l'axe B, vers le magnetron -Figure 3 un déplacement longitudinal du corp mobile vers la gauche d'une distance équivalente a l'entr-axe A-B (48 > , qui autorise l'orientation des micro-ondes vers la canalisation (30 > -Ce mouvement est provoqué par l'attraction magnétique d'un électroaimant (27), dont l'éxcitation est asservie à la demande de micro-ondes dans la canalisation (30) .Le champ magnétique attire vers l'électro- aimant (27) le corp mobile du tiroir d'orientation (22) de micro ondes, (composé de métal) ta figure & représente une variante de la figure 3, ou les évidements (23 & 25), pratiqués dans le corp mobile du tiroir sont cylindrique, et non plus coniques (pour rendre la fabrication du tiroir plus facile), dans ce cas , le diamètre des conduits augmente a chaque jonction -La figure 5 représente l'assemblage (éffectué par tous moyens connus) de deux plaques empreintent du circuit frigorifique (45 > , et présentant un plan de jonction longitudinal -Cet ensemble se diffère de la figure 1 par l'adjonction d'un flanc lattéral supplémentaire (34), qui a pour objet de compléter mécaniquement l'appareil dans sa configuration (obtenue aprés pliage), de carcasse et d'organe de production frigorifique -Des évidements (32 > ont été pratiqués pour supprimer les conductions thermiques innoportunes, et permettre le pliage de certaines parties -La figure 6 met en évidence tout en ayant (omis le flanc lattéral supprimé ici arbitrairement), les mêmes carctéristiques que la figure 5, une modification (33), différenciant en cela le circuit frigorifique (44), du circuit (45) -Cette modification permet l'alimentation de l'évaporateur par le dessus en pratiquant un circuit dessinant un "col de cygne" renversé , ce qui facilite la disposition horizontale de l'évaporateur lors du pliage -La figure 7 représente l'appareil (44) de la figure 6,dont on a éffectué les pliages (aprés avoir coupé les languettes de maintiens) . -Elle met en évidence la position horizontale de l'évaporateur, ainsi que le décrochement du condenseur -La figure 8 représente l'appareil (45) de la figure 5 dont on a éffectué les pliages (de la même manière que pour la figure 7) -Elle met en évidence la position verticale et décrochée de l'évaporateur vers l'intérieur du réfrigérateur -La figure 9 représente l'assemblage par tout moyens connus de deux plaques empreintent d'un circuit frigorifique (46), présentant un plan de joction longitudinal. Cet ensemble est équipé d'un flanc lattéral (36), et d'une partie superiuere (35), prévue comme carcasse d'un four à micro-ondes -Des évidements (32 a 37) ont été pratiqués pour permettre le pliage des differentes parties de l'appareil -Des pattes ont été crées par découpe d'évidements (38), pour maintenir les plans horizontaux lors du pliage -Une nouvelle canalisation(30) achemine les micro-ondes vers l'évidement (40) de diffusion de celles-ci, dans le four à micro-ondes(4.3). -la coupe longitudinale (en bas de l'appareil), révèle un logement rectangulaire (39 > , empreint dans les plaques, et destiné a recevoir le tiroir mobile d'orientation des micro-ondes (22), servant a ce dernier à la fois de guide en translation et d'enveloppe hermétique aux micro-ondes -Cet ensemble (39 & 22),ccnstitue le mécanisme d'orientation des microondes, soit vers le bouilleur-élévateur (5 > , soit passant par le conduit (30), vers le four à micro-ondes(43) -La figure 10 représente l'appareil de la figure 9 dont on a éffectué les pliages, et met en évidence l'appareil dans sa version mixte,comprenant le réfrigérateur (41),le freezer (42), et le four à micro-ondes (43), utilisant sa carcasse comme élément fonctionel de production frigorifique et/ou calorifique -La figure 11 représente l'absorbeur (10) , dont le rôle est de permettre a la solution pauvre (15), de se mélanger (18 > aux gazs riches (9), et d'en absorber (10) l'amoniaque (10) tout en rejetant l'hydrogène (17 > -L'absorbeur est composé d' au moins un "élément triangulaire d'absorbeur", et d'autant d'éléments triangulaires (50 & 51) que nécéssaire superposés et reliés entre eux, il reçoit le mélange des gazs riches (9), et de la solution pauvre (15, mêlée en 18) en son point d'admission (53) oû la solution véhiculée par gravité rencontre la bosse (13) qui provoque le brassage de la solution , favorisant déja l'absorption de l'amoniaque et le dégazage de l'hydrogène, ainsi qu'une diffusion uniforme de la solution sur la partie horizontale , (formant la base du triangle inversé de l'élément) la solution y ralentie sa course et contrainte a une plus forte densité en cet endroit favorise le contact entre l'amoniac et l'eau qui l'absorbe -Quand la solution atteint les extrémités du triangle d'absorbeur elle est précipitée par les pentes inclinées de ses cotés qui l'achemine vers la sortie centrale de l'élément (49), formant le sommet du triangle inversé -Cette sortie où se réunissent les flots de solution, augmentés de vitesse par les pentes, est a nouveau une région de fort brassage de la solution, un conduit d'évacuation des gazs pauvres (17,hydrogène), y permet le dégazage optimal provoqué par le brassage de la solution entrant en contact avec la bosse (1S) du second élément d' absorbeur (51), puis suivant le même parcour que dans le premier élément, elle sort de l'absorbeur pour s'écouler dans le réservoir(ll),où le collecteur de gazs pauvres (l7)permet a nouveau le dégazage de l'hydrogène -A la difference des absorbeurs classiques qui assurent le mélange intime par écoulement en pente douce le long d'un serpentin, et le dégazage en un seul point prélevé sur le réservoir, I'absorbeur composé d'éléments triangulaires d'absorption autorise un dégazage en plusieurs points, donc il dégaze mieux; il favorise le mélange intime de la solution amoniacale par des phases successives de forte agitation (bosse 13),et de ralentissement appliqué par l'étape plane , qui contraint la solution a une augmentation de pression avec le gaz, donc l'absorbeur absorbe mieux -La présente invention permet de concevoir un appareil comprenant un réfrigérateur, freezer, et four à micro-ondes du type électroménager décrit figure 9 et 10 -Ce produit répond parfaitement aux nouvelles habitudes alimentaires qui font de plus en plus appel aux produits surgelés (réfrigérateurfreezer), et à leurs chauffage rapide (four à micro-ondes) -De plus le faible encombrement de cet appareil facilite son insertion dans des espaces réduits (caravanes,ou petites cuisines),et son fonctionement est silencieux puisqu'il n'y a de pièces mécaniques en mouvement -Quand au cout de fabrication d'un tel appareil, il serait un peu plus élevé que celui d'un four à micro-ondes traditionel, mais beaucoup moindre que le coût d'un réfrigérateur et d'un micro-ondes fabriqués séparément, car il n'utlise qu'un seul magnetron -La seconde application intéressante, est la fabrication d'un module de production d'eau chaude et/ou d'eau froide, qui, en équipant la source de micro-ondes "calorifique" d'un chauffe-eau produisant l'eau chaude et la source "frigorifique" de micro-ondes d'un réfrigérateur à absorption munis d'une cuve à banc de glace produisant l'eau froide, permet de répondre à une demande alimentaire (boissons), il suffit d'adjoindre à ce module un système de dosages de sirop concentrés du type "post-mix", et d'un système de traitement (filtre à charbon actif), et de carbonatation (carbonateur) de l'eau pour obtenir un poste de boissons réfrigérées gazeuses(orangeade, lemon,ou cola > , ou non gazeuses(jus d'orange), et de boissons chaudes (café,chocolat) . -Cet appareil répond aux besoins croissants du marché de la distribution automatique -En associant ces deux exemples suggérés on peut proposer un concept d'appareil de restauration rapide radicalement différent de ceux utilisés jusqu'a lors, cet appareil pourrait permettre la conservation et la restitution (chaude et/ou froide) de produits alimentaires solides et liquides, (plats cuisinés, et boissons) . -Ainsi ce concept permet d'envisager grâce à l'invention la fabrication d'un appareil (commercial ou ménager), qui alimenté par une seule (mais puissante > source de micro-ondes, serai : réfrigérateur, freezer, four à micro-ondes, fontaine de boissons chaudes et/ou froides, -Ce concept trouverai son utilité dans les restaurants d'entreprise, les"fast-food" des stations services, les campings, les piscines, les halls d'hopitaux, RRTEYDICATIONS 1 > Système de réfrigération à cycle àabsorption, caractérisé par l'utilisation des micro-ondes comme mode de chauffage 2 > Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte de l'eau comme élément constitutif de sa solution frigorigène, soit comme solvant, soit comme fluide frigorigène 3) Dispositif selon la revendication 2 ,caractrise par l'agencerent des conduits, cavités, et évidements formant le circuit de réfrigération à absorption et le circuit canalisant les micro-ondes (figure o > , tel -une cavité (5), un conduit (6), et une cavité (7), formant la partie bouilleur-élévateur,et bouilleur-séparateur, puis -un condenseur tubulaire (8), puis -un conduit formant l'évaporateur (9 > , puis -un conduit formant le collecteur de gazs pauvres (17), puis -un conduit formant les éléments triangulaires de l'absorbeur (10), puis, -une cavité formant le réservoir de solution riches (11), puis -une cavité formant l'enceinte hermétique (39), du tiroir d'orientation de micro-ondes (22), puis -un conduit (30), véhiculant. les micro-ondes, puis -des évidements (37,32,38), assurant l'isolation thermique entre certains organes de l'appareil, et facilitant son pliage. 4) Dispositif selon la revendication 3 , caractérisé en ce que certains des conduits, évidenents, et cavités et de préférence tous ces conduits, évidements, et cavités sont réalisés en une ou plusieurs pièces ou demipièces présentant un plan de jonction longitudinal, et en ce qu'on assemble ces pièces ou demi-pièces par tous moyens connus 5)Dispositif selon la revendication 3 ,caractérisé par l'agencement de conduits formant les éléments (50 et 51) triangulaires de l'absorbeur (10), (figure 11) de manière a ce que -leurs bases planes orientées vers le haut, sont empreintent en leurs milieux d'une bosse (13) interne sur le bord inferieur, et d'un percement (49,53 > sur le bord superieur, permettant l'admission du flux dans l'élément d'absorbeur, de même, - leurs sommets orientés vers le bas sont aménagés de percement (49,54),permettant la sortie du flux de ltélément d'absorbeur ainsi que le dégazage du gaz inerte vers le collecteur(17),de meme REVENDICATIONS leurs cotés inclinés vers le bas (sommets) acheminent la solution provenant de la partie plane de l'élément d'absorbeur (base) vers la sortie (49,54) -Le premier élément d'absorbeur (50),est relié au conduit (18) amenant la solution frigorigéne (en53 > a l'absorbeur, et le dernier élémen; d'absorbeur (51) est relié au réservoir (11) par l'écoulement (54) de la solution riche -Ce dispositif peut se composer d'autant d'éléments d'absorbeur de structure triangulaire identiques (50,51),superposés etreliés entr eux que nécéssaire.. 6) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il est associé à un système de chauffage d'eau par micro-ondes ,utilisant le même magnetron que le système de réfrigération à absorption 7) Dispositif selon la revendication 2 , caractérisé en ce qu'il est associé à un système de chauffage du type "four à micro-ondes", utilisant le même magnetron que le système de réfrigération à absorption 8) Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte un système pour orienter les micro-ondes (figures 2,3 > 4) provenant du magnetron (2), et les orientant vers les tubes de canalisation (29 et 30' . -Ce tiroir mobile d'orientation de micro-ondes (22), composé de métal (fer) est de section rectangulaire et percé de conduits coniques ou cylindriques (23 et 25), suivant leurs axes respectifs A-C et A-C', d'inclinaisons opposés et ayant leurs bases respectivement dans l'axe B et B', et sont espacés de l'arrivée des micro-ondes (en A) d'une distance respectivement équivalente a l'entre axe A-B(48) et A-B' . -Le tiroir est maintenu en position centrale au repos par deux ressorts préalablement tarés (24) placés à chaque extrémitées -Ce tiroir mobile (22) est hermétiquement enveloppé dans une feuille de métal (3, figure 9), composé par la cavité (39), évitant toutes fuites de micro-ondes -le tiroir est attiré en translation longitudinale (sur une distance équivalente a l'entr axe 47 et 48), par un champ magnétique généré par les solénoïdes (26 et 27),placés a chaques ertrémitées et respectivement asservis a la demande de micro-ondes dans les tubes 29 et 30 REVENDICATIONS 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3,6,7,8,caracteri sé en ce qu'il permet de canaliser les micro - ondes au travers d'un conduit tubulaire métallique (29 et 30),rectiligne,amenant les micro-ondes du magnêtr- on a un endroit choisis 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2,3,6,7,8, car actérisé en ce q'une fenetre , composée de verres, de céramiques,ou de plastiques laisse passer les micro-ondes vers l'intérieur des cavitées de chauffage tels le bouilleur 5 et la cavite de chauffage d'eau 4 ,et sont assemblées a ces cavites de manière etanche .