Brevet FR2793167A1 — publié le 20001110

La présente invention concerne les réacteurs à adsorption réversi- ble solide/gaz, ainsi qu'une résistance de régénération pour I'adsorbant d'un tel réacteur. Des réacteurs de ce type, principalement destinés à des machines frigorifiques, sont par exemple connus par les documents FR-A-2 693 542, FR-A-2 704 631, FR-A-2 721 696, FR-A-2 749 377 et US-A-5 333 471. On sait que de tels réacteurs utilisent des adsorbants, tels que la zéolithe, pour capter une vapeur liquide, par exemple de 1'eau, et fonctionnent sous des pressions partielles comprises entre 0,5 millibar et plusieurs centaines de millibars. On sait de plus que les adsorbants doivent tre régénérés par chauffage à des températures comprises entre 200 C et 350 C. Toutefois, ces adsorbants, et en particulier la zéolithe, sont de mauvais conducteurs thermiques de sorte qu'ils ne peuvent tre régénérés rapidement. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. A cette fin, selon l'invention, le réacteur à adsorption réversible solide/gaz comportant une enceinte contenant un adsorbant solide et au moins une résistance électrique pour la régénération par effet Joule dudit adsorbant (comme cela est par exemple montré par les documents FR-A2 721 696 et FR-A-2 749 377) est remarquable en ce que ladite résistance électrique comporte au moins un élément allongé électriquement résistif, constitué par un coeur oblong pourvu d'ailettes périphériques qui délimitent entre elles des espaces destinés à recevoir ledit adsorbant. Ainsi, grâce à une telle disposition, la résistance présente une grande surface de contact avec I'adsorbant et la totalité de celui-ci peut se trouver à faible distance d'une portion de la résistance, de sorte que le réchauffage dudit adsorbant est particulièrement efficace et que ce dernier peut tre régénéré rapidement. Dans ce mme but, ledit réacteur comporte de plus, de façon avantageuse, au moins une enveloppe perméable, par exemple poreuse ou en forme de grillage, qui entoure ledit adsorbant de manière à maintenir par pression I'adsorbant en contact de ladite résistance électrique. Bien entendu, dans le cadre de la présente invention, ladite enveloppe peut tre en contact direct avec 1'enceinte du réacteur. Toutefois, dans un mode de réalisation préféré, ladite enceinte et ladite enveloppe sont aménagées de manière à former un espace libre entre elles, permettant la circulation de vapeur d'eau ou de gaz, ce qui a notamment pour but d'accroître ! a puissance instantanée d'adsorption du réacteur. Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, ledit élément allongé de la résistance électrique présente au moins un évidement interne pratiqué longitudinalement audit coeur oblong et susceptible d'etre traversé par un fluide de refroidissement, et ledit réacteur comporte de plus des moyens susceptibles de faire circuler un fluide de refroidissement dans ledit évidement interne. Ainsi, on peut facilement refroidir ledit réacteur : -soit pendant la phase de régénération ; -soit pendant la phase d'adsorption, en prévoyant alors une gaine élec triquement isolante ou un revtement électriquement isolant sur la face interne dudit évidement, pour isoler l'écoulement du fluide de refroidis sement de la résistance électrique. De plus, pour favoriser la dissipation d'énergie thermique lors de la réaction exothermique d'adsorption, l'enceinte du réacteur est réalisée en un matériau thermiquement conducteur et est pourvue sur sa face interne d'artes thermiquement conductrices qui pénètrent dans ledit ad sorbant, de préférence au niveau des espaces formés entre les ailettes adjacentes. Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, le réacteur comporte plusieurs unités formées d'une résistance électrique, d'un adsorbant et d'une enveloppe perméable, ce qui permet, en fonction du nombre d'unités utilisées, de régler la puissance d'adsorption nécessaire à I'application considérée. La présente invention concerne également une résistance de régénération pour l'adsorbant d'un réacteur à adsorption réversible solide/gaz. Selon l'invention, ladite résistance de régénération est remarquable en ce qu'elle comporte au moins un élément allongé électriquement résistif, constitué par un coeur oblong pourvu d'ailettes périphériques qui délimitent entre elles des espaces destinés à recevoir ledit adsorbant. Ainsi, grâce à l'invention et comme indiqué précédemment, la résistance de régénération présente une grande surface susceptible de venir au contact de I'adsorbant, ce qui permet un réchauffage et donc une régénération particulièrement efficaces et rapides de I'adsorbant. Dans le cadre de la présente invention, les ailettes peuvent présenter une pluralité de formes différentes. Ainsi, dans un premier mode de réalisation préféré, la résistance de régénération comporte une pluralité d'ailettes de forme générale allongée, agencées radialement le long dudit coeur oblong et réparties autour de sa périphérie, au moins certaines desdites ailettes étant de plus pourvues de ramifications. En outre, dans un second mode de réalisation, elle comporte une pluralité d'ailettes en forme de disque, agencées transversalement le long dudit coeur oblong. De plus, avantageusement, lesdites ailettes peuvent présenter des faces parallèles ou convergentes, cette dernière variante permettant notamment d'augmenter la surface de contact avec I'adsorbant. Par ailleurs, de façon avantageuse, ledit élément allongé présente au moins un évidement interne pratiqué longitudinalement audit coeur oblong. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut tre réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique et en perspective d'un réac- teur conforme à l'invention, partiellement arraché. La figure 2 montre, en vue de face schématique, un réacteur tel que celui représenté sur la figure 1. La figure 3 montre, en vue de face schématique, un réacteur conforme à un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 4 illustre schématiquement des résistances de régénération d'un réacteur conforme à l'invention. La figure 5 montre partiellement, en perspective, une résistance de régénération telle que celles de la figure 4 et conforme à un premier mode de réalisation. La figure 6 illustre schématiquement une résistance de régénération conforme à un second mode de réalisation. La figure 7 montre partiellement, en perspective, la résistance de régénération de la figure 6. Le réacteur 1 représenté schématiquement sur les figures 1 à 3 et conforme à l'invention est un réacteur à adsorption réversible solide/gaz. II fait partie d'un ensemble non représenté et connu (par exemple par les documents FR-A-2 721 691 et FR-A-2 749 377 précités), qui est destiné à adsorber de la vapeur d'eau ou un autre gaz, en vue : -soit de produire du froid, avec ou sans apport d'énergie extérieure ; -soit de déshydrater des produits, notamment des produits agro alimentaires, chimiques ou pharmaceutiques. De façon connue, ledit réacteur 1 comporte une enceinte 2 contenant un adsorbant solide 3, par exemple de la zéolithe, et au moins une résistance électrique 4A, 4B pour la régénération par effet Joule dudit adsorbant 3. La résistance électrique 4A, 4B est reliée à une unité d'alimentation électrique UA, de type connu, représentée uniquement sur les figures 2 et 3 pour des raisons de simplification du dessin. On sait que, notamment en raison de la conductibilité thermique réduite de !'adsorbant 3, le réchauffage de ce dernier en vue de sa régénération, qui doit se faire à des températures comprises entre 200 C et 350 C, est difficile et lent. Pour remédier à cet inconvénient, le réacteur 1 conforme à l'in- vention comporte au moins une résistance électrique de régénération 4A, 4B comprenant un élément allongé électriquement résistif, constitué par un coeur oblong 5A, 5B, pourvu d'ailettes périphériques 6A, 6B qui délimitent entre elles des espaces 7A, 7B destinés à recevoir ledit adsorbant 3, comme on peut le voir sur les figures 1 à 7. Ainsi, la résistance de régénération 4A, 4B présente une surface de contact importante avec I'adsorbant 3 de sorte que la totalité de celuici se trouve à faible distance d'une portion de ladite résistance 4A, 4B, ce qui permet un réchauffage et donc une régénération efficaces et rapides dudit adsorbant 3. Des modes de réalisation préférés 4A et 4B des résistances conformes à l'invention seront décrits ci-dessous en référence aux figures 4 à 7. Le réacteur 1 comporte généralement au moins une, mais de préférence une pluralité d'unités 8 comprenant chacune : -au moins une résistance de régénération ; -un adsorbant 3 ; et -une enveloppe perméable 9, par exemple une enveloppe poreuse ou en forme de grillage, qui entoure ledit adsorbant 3, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2. On peut choisir le nombre d'unités 8 par réacteur 1, en fonction de la puissance d'adsorption souhaitée. On notera que pour faciliter le réchauffage, l'enveloppe perméable 9 de chaque unité 8 maintient par pression l'adsorbant 3 en contact de la résistance électrique 4A. L'enceinte 2, de préférence de forme parallélépipédique, réalisée par exemple en acier, est étanche et présente une ouverture 10 munie d'une saillie de bride 11, à laquelle peut tre raccordé un conduit non représenté, pour amener ou évacuer la vapeur d'eau ou le gaz utilisé. Bien entendu, notamment pour éviter toute fuite, I'enceinte étanche 2 comporte un joint étanche et isolant, non représenté, au niveau du passage des résistances 4A, 4B à travers la paroi de ladite enceinte 2. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2,1'enceinte 2 et les unités 8 sont agencées de manière à former un espace libre 12 entre elles, permettant la circulation de la vapeur. Ceci permet d'augmenter la puissance instantanée d'adsorption du réacteur 1. Par ailleurs, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, cet espace est supprimé de sorte que la face interne de l'enceinte 2 est directement au contact : -soit de 1'enveloppe étanche ; -soit, comme représenté sur ladite figure 3, en l'absence d'une telle en veloppe, de l'adsorbant 3, ainsi que des ailettes 6A de la résistance 4A, ce qui permet de favoriser la dissipation de l'énergie thermique en gendrée par la réaction exothermique d'adsorption. Par ailleurs, dans un mode de réalisation préféré, comme repré- senté notamment sur les figures 2 et 3, le coeur oblong 5A des résistances 4A présente un évidement interne longitudinal 13A susceptible d'tre traversé par un fluide de refroidissement, et le réacteur 1 comporte de plus des moyens 14, de type connu, munis par exemple d'une pompe et susceptibles de faire circuler un fluide de refroidissement dans t'évide- ment interne 13A de toutes les (ou uniquement de certaines des) résistances électriques 4A du réacteur 1. Dans les exemples représentés (figures 1 à 5 et 7), t'évidement interne 13A, 13B pour la circulation du fluide de refroidissement est limité à l'axe central du coeur oblong 5A, 5B. Toutefois, dans le cas où les ailettes présentent une épaisseur suffisante, cet évidement peut tre élargi, dans un mode de réalisation non représenté, au moins partiellement à la partie interne desdites ailettes plus épaisses. Ainsi, on peut refroidir facilement et efficacement ledit réacteur 1 : -soit pendant la phase de régénération ; -soit pendant la phase d'adsorption, en prévoyant alors une gaine élec triquement isolante 15 ou un revtement électriquement isolant sur la face interne 16 dudit évidement 13A, tel que représenté sur la figure 3, pour isoler l'écoulement du fluide de refroidissement par rapport à la résistance électrique 4A. En outre, pour favoriser la dissipation de t'énergie thermique engendrée lors de la réaction exothermique d'adsorption, on peut prévoir sur la face interne 17 de 1'enceinte 2 des artes 18 thermiquement conductrices, de préférence métalliques, qui pénètrent dans I'adsorbant, au niveau des espaces 7A et 7B, comme on peut le voir sur les figures 4 et 6, et on peut réaliser I'enceinte 2 en un matériau qui est également un bon conducteur thermique. Selon l'invention, le réacteur 1 conforme à l'invention présente de plus les caractéristiques et/ou avantages suivants : -sa longueur et sa largeur peuvent tre adaptées à la puissance d'ad sorption souhaitée ; -dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, en raison d'une réalisa tion séparée de l'enceinte 2 et des unités 8, le réacteur 1 peut tre fa briqué facilement de façon industrielle ; -en raison de la forme particulière de la résistance de régénération 4A, 4B conforme à l'invention et précisée ci-dessous, la phase de régénéra tion peut tre limitée à quelques ; -la maintenance est inexistante ; et -le fonctionnement du réacteur 1 est silencieux et est possible sous une température ambiante élevée. On sait que le fonctionnement du réacteur 1 conforme à l'inven- tion présente trois phases successives : -une phase d'adsorption, pendant laquelle le réacteur 1 est mis en liai son avec de la vapeur d'eau (ou un autre gaz), par l'intermédiaire de l'ouverture 10 et du conduit non représenté, qui y est raccordé. L'ad sorbant 3 adsorbe alors cette vapeur d'eau ou ce gaz, tout en resti tuant de la chaleur qui est évacuée par l'intermédiaire des artes 18 et de l'enceinte 2 et, le cas échéant, par l'intermédiaire du système de re froidissement 14 ; -une phase de régénération, pendant laquelle la ou les résistances de régénération 4A, 4B sont mises sous tension électrique, à I'aide de l'unité d'alimentation électrique UA de manière à obtenir un réchauf fage à une température de consigne (comprise entre 200 et 350 C) qui est fonction de la nature de I'adsorbant 3. Ce dernier rejette le liquide qu'il contient sous forme de vapeur qui est évacuée par le conduit rac cordé à l'ouverture 10. Cette vapeur peut ensuite tre condensée, par exemple, au moyen d'un évaporateur non représenté ; et -une phase de refroidissement, pendant laquelle on refroidit le réacteur par ventilation et/ou à I'aide du système de refroidissement 14. On notera de plus qu'il est possible de faire fonctionner plusieurs réacteurs 1 conformes à l'invention : -soit simultanément de manière à augmenter la puissance globale d'ad sorption. On utilise à cet effet, de préférence, des réacteurs de taille réduite, pouvant tre fabriqués industriellement en grandes quantités et donc à coût réduit, ce qui permet de plus de réduire le coût de lien- semble formé par lesdits réacteurs ; -soit en alternance, de manière à ce qu'au moins un réacteur 1 se trouve toujours en phase d'adsorption, ce qui permet d'obtenir un fonctionnement en continu dudit ensemble. Sur les figures 4 et 5, on a représenté des résistances de régéné- ration 4A réalisées selon un premier mode de réalisation. Chacune de ces résistances 4A comporte une pluralité d'ailettes 6A de forme générale allongée, agencées radialement le long dudit coeur oblong 5A, en étant réparties autour de sa périphérie. De plus, certaines de ces ailettes 6A sont pourvues de ramifications 19, ce qui permet d'augmenter la surface de contact, notamment aux extrémités des ailettes 6A, éloignées du coeur 5A. Pour favoriser le réchauffage, on peut mettre en contact plusieurs résistances 4A, comme représenté sur la figure 4. La mise en contact est réalisée, de préférence, par l'intermédiaire de deux ailettes présentant des extrémités complémentaires, susceptibles de s'emboîter l'une dans I'au- tre, comme indiqué par une référence 20 sur la figure 4. On remarquera que, dans ce mode de réalisation, le maintien de !'adsorbant 3 autour dudit couple de résistance 4A est réalisé, en partie, par 1enveloppe 9 et, en partie, par l'enceinte 2. Dans un autre mode de réalisation représenté sur les figures 6 et 7, la résistance 4B comporte une pluralité d'ailettes 6B en forme de disque, agencées transversalement le long du coeur oblong 5B. Ces ailettes 6B sont de plus agencées parallèlement les unes par rapport aux autres. Par ce dernier mode de réalisation, on peut favoriser la dissipation de l'énergie thermique, en prévoyant de plus des artes 18 fixées sur la face interne 17 de t'enceinte 2 et pénétrant respectivement dans les espaces 7B entre les couples de disques adjacents 6B, jusqu'à proximité du coeur oblong 5B, comme on peut le voir sur la figure 6. On notera que les ailettes 6A, 6B peuvent tre : -soit fixées, en particulier par soudage, sur le coeur oblong 5B, comme c'est par exemple le cas dans le mode de réalisation des figures 6 et 7 ; -soit réalisées, de préférence par un procédé d'extrusion, en une seule pièce avec ledit coeur oblong 5A, comme c'est par exemple le cas dans le mode de réalisation de la figure 5. REVENDICATIONS 1. Réacteur à adsorption réversible solide/gaz, comportant une enceinte (2) contenant un adsorbant solide (3) et au moins une résistance électrique (4A, 4B) pour la régénération par effet Joule dudit adsorbant (3), caractérisé en ce que ladite résistance électrique (4A, 4B) comporte au moins un élément allongé électriquement résistif, constitué par un coeur oblong (5A, 5B) pourvu d'ailettes périphériques (6A, 6B) qui délimitent entre elles des espaces (7A, 7B) destinés à recevoir ledit adsorbant (3). 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une enveloppe perméable (9) entourant ledit adsorbant (3) de manière à maintenir par pression I'adsor- bant (3) en contact de ladite résistance électrique (4A, 4B). 3. Réacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite enceinte (2) et ladite enveloppe (9) sont aménagées de manière à former un espace libre (12) entre elles. 4. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément allongé de la résistance électrique (4A, 4B) présente au moins un évidement interne (13A, 13B) pratiqué longitudinalement audit coeur oblong (5A, 5B) et susceptible d'tre traversé par un fluide de refroidissement, et en ce que ledit réacteur (1) comporte de plus des moyens (14) susceptibles de faire circuler un fluide de refroidissement dans ledit évidement interne (13A, 13B). 5. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite enceinte (2) est réalisée en un matériau thermiquement conducteur et est pourvue sur sa face interne (17) d'artes (18) thermiquement conductrices qui pénètrent dans ledit adsorbant (3). 6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs unités (8) formées d'une résistance électrique (4A), d'un adsorbant (3) et d'une enveloppe perméable (9). 7. Résistance de régénération pour !'adsorbant d'un réacteur à adsorption réversible solide/gaz, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un élément allongé (4A, 4B) électriquement résistif, constitué par un coeur oblong (5A, 5B) pourvu d'ailettes périphériques (6A, 6B) qui délimitent entre elles des espaces (7A, 7B) destinés à recevoir ledit adsorbant (3). 8. Résistance selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité d'ailettes (6A) de forme générale allongée, agencées radialement le long dudit coeur oblong et réparties autour de sa périphérie. 9. Résistance selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'au moins certaines desdites ailettes (6A) sont pourvues de ramifications (19). 10. Résistance selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité d'ailettes (6B) en forme de disque, agencées transversalement le long dudit coeur oblong (5B). 11. Résistance selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que lesdites ailettes (6A) présentent des faces convergentes. 12. Résistance selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que lesdites ailettes (5A) présentent des faces paras- les. 13. Résistance selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que ledit élément allongé (4A, 4B) présente au moins un évidement interne (13A, 13B) pratiqué longitudinalement audit coeur oblong (5A, 5B).