Brevet FR2730556A1 — publié le 19960814

SYSTEME DE REFROIDISSEMENT ERGONOMIQUE ET ECOLOGIQUE La présente invention concerne un système de refroidissement portable, ergonomique et écologique particulièrement léger et offrant une maintenance peu coûteuse permettant de refroidir un porteur lorsqu'il a trop chaud. La plus part des dispositifs existants utilisent des fluides frigorigènes à base de "Freon" ou de composés spécifiques. Ces fluides sont soit dangereux pour notre environnement soit coûteux. Ils nécessitent une maintenance difficile et coûteuse. D'autre part lorsqu'on désire refroidir un homme, il est nécessaire d'utiliser un fluide caloriporteur comme un mélange d'eau glycol par exemple. Ce fluide circule dans un sous vêtement porté par le sujet. Ce concept nécessite un échangeur entre l'évaporateur et le fluide caloriporteur. La masse et le prix s'en trouvent fortement augmentés. La maintenance est coûteuse dans la mesure où il faut vérifier et faire les pleins régulièrement, d'une part de "Freon" et d'autre part des fluides caloriporteurs. Des pertes de rendement existent au niveau de l'échangeur "Freon"/liquide caloriporteur et force à avoir un cycle "Freon" qui descend très bas en température. Or, le fait de descendre plus bas en température dégrade encore plus le rendement thermodynamique et augmente la quantité d'énergie électrique consommée par le compresseur et donc la masse et le prix des batteries.Il est nécessaire d'autre part de faire circuler le fluide caloriporteur et donc de prévoir la présence d'une pompe hydraulique qui augmente encore plus la masse, I'encombrement et le prix du système complet. L'eau est une fluide frigorigène exceptionnel car le changement de phase liquide vapeur nécessite l'apport de t40 kcal par kg d'eau. Ce chiffre est tout a fait exceptionnel lorsqu'on le compare à d'autres fluides (par exemple: éther: 50 kcal/kg; "Freon" R:12 28.6 kcallkg; ammoniaque NH3 260 kcal/kg). L'eau n'est pas réellement utilisée dans la pratique comme fluide frigorigène aujourd'hui car il est nécessaire, pour être utilisable, de réaliser un système suivant l'invention pour obtenir un système suffisamment léger, performant et peu coûteux. D'autre part l'utilisation de l'eau comme fluide calorigène permet de simplifier l'ensemble du système de façon importante. En effet la présence d'un fluide caloriporteur n'est plus nécessaire car il est possible d'utiliser la fluide frigorigène (I'eau) comme fluide caloriporteur. D'autre part dans ce cas la température de l'eau dans le vêtement réfrigérant est très homogène. Les termes employés ici ont la signification suivante Pression : c'est la pression absolue (exprime ici en BAR) existant en un point d'un circuit. Compresseur grand débit c'est un compresseur élevant la pression d'un fluide ayant un débit volumétrique d'entrée au moins égal à 100 litres par minute pour une puissance frigorifique fournie de 100 WAtt. Compresseur petit débit : c'est un compresseur élevant la pression d'une fluide et ayant un débit volumétrique d'entrée au plus égale à un dixième du débit d'entrée du compresseur grand débit. Un but de l'invention est de concevoir un équipement permettant le refroidissement d'un porteur lorsqu'il a trop chaud, en minimisant la masse, l'encombrement et la complexité de la maintenance. Ce système de refroidissement comprenant un circuit primaire, en boucle fermée, où circule le fluide, comprend au moins: -un évaporateur -une restriction de débit -un compresseur à grand débit -un condenseur Ces buts sont atteints par le procédé selon l'invention qui est essentiellement caractérisé:: - en ce que le fluide placé dans le circuit est principalement de l'eau, - en ce que un circuit secondaire, en boucle ouverte, entraîne la vapeur du condenseur vers l'extérieur du circuit, dans l'atmosphère ambiante, comprenant au moins un compresseur à petit débit, - en ce que un moyen pilote le dit compresseur à petit débit suivant une fonction prédéfinie de la pression PB régnant dans le condenseur. De façon préférentielle le dit moyen est tel que le dit compresseur à petit débit est activé lorsque la pression PB est supérieure à une pression prédéfinie comprise entre 0.200 BAR et 0.300 BAR et est désactivé lorsque la pression PB est inférieure à une pression prédéfinie comprise entre 0.200 et 0300 BAR. De façon préférentielle un moyen désactive le compresseur à grand débit lorsque le pression PB est supérieure à une pression prédéterminée entre 0.200 et 0.300 BAR. De façon préférentielle une soupape antiretour est placée en aval du compresseur à petit débit. De façon préférentielle le compresseur à grand débit comprend au moins une soupape aidée dans son mouvement par l'existence d'un champs magnétique variable en fonction de la position angulaire du rotor du compresseur. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée d'un mode particulier de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif. La description se réfere aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels -la figure 1 est un schéma de principe d'un système de refroidissement -la figure 2 montre un assemblage possible d'un clapet mécanique aidé à l'ouverture par un électroaimant -la figure 3 montre la séquence d'aide à l'ouverture d'une soupape d'admission du compresseur au cours d'un cycle -la figure 4 montre un schéma d'un exemple de réalisation d'un circuit bi-passant lié au compresseur à grand débit 3 afin d'activer ou de désactiver le dit compresseur. De l'eau est placée dans le circuit comprenant un évaporateur 1, une striction 2 un compresseur grand débit 3, un condenseur 5. L'évaporateur 1 peut être constitué de tubes fins et souples attachés à un sous vêtement placé sur une partie du corps du porteur. La striction 2 peut être réalisée à l'aide d'un tube fin à diamètre calibré ou en écrasant légèrement un tube métallique. La striction 2 peut être placée à un endroit quelconque situé entre le condenseur 5 et l'évaporateur 1. Le rôle de cette striction 2 est de limiter le débit de fluide et ainsi de maintenir un écart de pression entre l'évaporateur 1 et le condenseur 5. Le compresseur à grand débit 3 peut être mu par un moteur électrique lui même alimenté par une source d'énergie électrique comme des piles ou des batteries par exemple. La quantité d'énergie électrique fournie au moteur du compresseur peut être réglable par le sujet en plaçant un potentiomètre par exemple. Le compresseur à pour rôle d'élever la pression (PE) qui règne dans l'évaporateur à une pression convenable (PC) pour assurer la condensation du fluide dans le condenseur amont. Compte tenue des pertes de charges des tuyauteries, la pression en amont du compresseur 3 est appelée PA et la pression en aval du compresseur 3 est appelée PB. La pression PA est sensiblement égale à PE et la pression PB est sensiblement égale à PC. Le condenseur 5 placé dans l'atmosphère ambiante peut être constitué par un tube métallique thermiquement conducteur comme un tube d'aluminium ou de cuivre par exemple. Afin d'améliorer l'échange thermique avec l'extérieur un ventilateur 6 peut être placé pour augmenter le débit d'air extérieur en contact avec le condenseur 5 et ainsi améliorer son fonctionnement. Un capteur de pression 7 réagit à la valeur de la pression PB existante dans le circuit en aval du compresseur 3. Les informations du capteur de pression 7 sont envoyées à un calculateur qui compare les valeurs de pression mesurées par le capteur 7 avec une valeur prédéterminée mémorisée PP choisie égale à 0.25 BAR par exemple. Un compresseur à petit débit 4 relie la partie du circuit située en aval du compresseur à grand débit 3 avec l'extérieur. La pression en amont du compresseur 4 est alors sensiblement égale à PB et la pression en aval du compresseur 4 est alors sensiblement égale à la pression atmosphérique. Une soupape antiretour 10 est placée en aval du compresseur 4. Le calculateur 8 est programmé de telle façon que: a) lorsque la pression PB est supérieure à PP - le compresseur à petit débit 4 est activé. b) lorsque la pression PB est inférieure à PP - le compresseur à petit débit 4 est désactivé. Le calculateur 11 est programmé de telle façon que a) lorsque la pression PB est supérieure à PP1 - le compresseur à grand débit 3 est désactivé, b) lorsque la pression PB est inférieure à PP1 - le compresseur à grand débit 3 est activé, où PP1 est une pression prédéterminée choisie entre 0.200 et 0.400 BAR environ. Il est possible de combiner les deux calculateurs 8 et 11 en un seul calculateur. Il est également avantageux de concevoir un automatisme pneumatique permettant de désactiver le compresseur à grand débit 3 lorsque la pression PB est supérieure à une valeur prédéterminée PP2 comprise par exemple entre 0.200 et 0.400 BAR. Un circuit 13 comprenant une capsule anémométrique 14 pousse la bille 15 sur son siège lorsque la pression PB est inférieure à la pression PP2. Un ressort 16 permet de calibrer la pression à laquelle la bille 15 obture le circuit 13. Cette logique est impérative pour que le système fonctionne correctement. En effet, lorsque la pression dans le circuit est trop importante les efforts demandés au compresseur 3 sont trop importants et pourraient l'endommager fortement. Pour palier à cet inconvénient il faudrait augmenter dans des proportions inacceptables la masse, l'encombrement et la consommation de ce compresseur. D'autre part, lorsque la pression dans le circuit PB est inférieure à la pression requise PP alors il est impératif de désactiver le compresseur 4 afin que la pression dans le circuit ne soit pas trop basse et que le système ne consomme pas d'énergie électrique inutilement. Lorsque la pression PB est proche de PP il est possible de concevoir des modes transitoires limités dans le temps où les deux compresseurs 3 et 4 fonctionnent en même temps. Il est possible d'entraîner les deux compresseurs 3 et 4 et même le ventilateur 6 par le même moteur électrique de façon que l'on puisse, en modifiant l'énergie électrique fournie au moteur, modifier de façon cohérente et optimale la puissance mécanique fourni au compresseur 3, au compresseur 4 et au ventilateur 6. Il est possible de désactiver un compresseur en: - réduisant l'énergie électrique fournie au moteur du compresseur - ou en ouvrant un circuit bipassant le compresseur - ou en modifiant le cycle d'aide à l'ouverture et à la fermeture des soupapes du compresseur. Afin, non pas de commander, mais d'aider les soupapes du compresseur a s'ouvrir au bon moment il est possible de concevoir des soupapes 12 qui s'ouvriraient naturellement au passage du fluide dans le sens désiré mais qui seraient aidées électromagnetiquement à des moments bien précis pré déterminés à l'avance en fonction de la position en rotation du moteur du compresseur. La figure 3 montre un exemple de séquence d'aide à l'ouverture d'une soupape d'admission du compresseur. Dans cet exemple de réalisation l'aide à l'ouverture de la soupape d'admission est activée entre les points AA et BB des cycles. Un cycle étant représenté par la distance O-DD et un demi cycle étant représenté par O-CC. Afin de désactiver le compresseur à grand débit 3, il est avantageux de décaler la séquence d'aide à l'ouverture de la soupape d'admission par exemple en activant le champ électromagnétique entre EE et FF du cycle O-DD correspondant à une rotation du rotor du compresseur grand débit 3. Le lecteur comprendra que le principe énoncé peut être utilisé de façon similaire afin d'aider les soupapes d'admission à la fermeture et/ou les soupapes d'échappement à l'ouverture et/ou la fermeture. Cette invention s'applique très bien à la conception du système de réfrigération portable lorsque le sujet a chaud, et en général partout ou il est nécessaire de créer du froid là où on en a besoin sans avoir à la transférer par un système supplémentaire. REVENDICATIONS 1) Système de refroidissement comprenant un circuit primaire, en boucle fermée, où circule un fluide, comprenant au moins: - un évaporateur (1), - une restriction de débit (2), - un compresseur à grand débit (3), - un condenseur (5), caractérisé - en ce que le fluide placé dans le circuit est principalement de l'eau, - en ce que un circuit secondaire, en boucle ouverte, entraîne la vapeur du condenseur à l'extérieur du circuit, dans l'atmosphère ambiante, comprenant au moins un compresseur à petit débit (4), - en ce que un moyen (8) pilote le dit compresseur à petit débit (4) suivant une fonction pré définie de la pression PB régnant dans le condenseur (5). 2) Système de refroidissement suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le dit moyen (8) est tel que le dit compresseur à faible débit (4) est activé lorsque la pression PB est supérieure à une pression pré définie comprise entre 0,200 BAR et 0,300 BAR et est désactivé lorsque la pression PB est inférieure à une pression pré définie comprise entre 0,200 et 0,300 BAR. 3) Système de refroidissement suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que un moyen (11) désactive le compresseur à grand débit (3) lorsque la pression PB est supérieure à une pression prédéterminée comprise entre 0,200 ct 0,300 BAR. 4) Système de refroidissement suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé cn ce que une soupape anti-retour (10) est placée cn aval du compresseur à petit débit (4). 5) Système de refroidissement suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé en ce que le compresseur à grand débit (3) comprend au moins une soupape aidée dans son mouvement par l'existence d'un champ magnétique variable en fonction de la position angulaire du rotor du compresseur.