Brevet FR2804750A1 — publié le 20010810

La présente invention concerne les réacteurs à adsorption réversi- solide/gaz, ainsi qu'un ensemble thermiquement conducteur pour un réacteur. Des réacteurs de ce type, principalement destinés à des machines frigorifiques, sont par exemple connus par les documents FR-A-2 693 FR-A-2 704 631, FR-A-2 721 696, FR-A-2 749 377 et US-A- 333 On sait que de tels réacteurs utilisent des adsorbants, tels la zeolithe, pour capter une vapeur liquide, par exemple de l'eau, et fonc tionnent sous des pressions partielles comprises entre 0,5 millibar et sieurs centaines de millibars. On sait de plus que ces adsorbants doivent être régénérés chauffage à des températures comprises entre 100 C et 350 C, puis etre refroidis. Toutefois, ces adsorbants, et en particulier la zéolithe, sont de mauvais conducteurs thermiques de sorte qu'ils ne peuvent être régénérés et refroidis rapidement. La présente invention a notamment pour objet de remédier in convénients précités concernant les transferts thermiques devant être en oeuvre dans des réacteurs à adsorption du type précité. A cette fin, selon l'invention, le réacteur à adsorption réversible solide/gaz, comportant une enceinte contenant un adsorbant solide, remarquable en ce qu'il comporte au moins un ensemble comprenant - un élément allongé qui est thermiquement conducteur, qui est constitue par un tube et qui est agencé de manière à être au moins en partie en contact dudit adsorbant solide ; et - un manchon qui présente un diamètre externe inférieur au diamètre in terne dudit tube, qui est agencé à l'intérieur dudit tube manière à créer, d'une part, un premier espace entre la face externe dudit man chon interne et la face interne dudit tube et, d'autre part, un second espace à l'intérieur dudit manchon interne, et dont une première extré mité est formée de manière à créer un passage entre lesdits premier et second espaces. Ainsi, grâce à l'invention, on crée dans ledit ensemble réacteur un circuit partiel qui est formé par lesdits premier et second espaces dé bouchant l'un dans l'autre à travers ledit passage et qui peut servir, comme on le verra plus en détail ci-dessous, à la mise en circulation d'un fluide (chaud ou froid) utilisé pour engendrer un transfert thermique vers ledit adsorbant, via ledit élément thermiquement conducteur. De plus, comme une telle circulation de fluide a lieu à l'intérieur du tube de l'élément thermiquement conducteur, toute fuite dudit fluide, no tamment de l'huile, au niveau dudit circuit partiel reste emprisonnée dans ledit tube et n'est pas en mesure d'atteindre et de souiller l'adsorbant. Dans un premier mode de réalisation préféré, pour obtenir ledit passage entre lesdits premier et second espaces, ledit manchon interne est agencé dans ledit tube de sorte que ladite première extrémité est en retrait par rapport à l'extrémité correspondante dudit tube. En outre, dans un second mode de réalisation, ledit manchon in terne comporte à ladite première extrémité au moins une ouverture qui engendre ledit passage, ce qui permet notamment de fixer ledit manchon interne au niveau de ladite première extrémité, tout en créant passage pour un fluide. Selon l'invention, dans une première variante préférée, ledit réac teur comporte de plus au moins un moyen qui est susceptible de mettre en circulation un fluide de sorte que, successivement, ledit fluide pénètre dans ledit second espace par l'extrémité dudit manchon interne, qui est opposée à ladite première extrémité, circule le long dudit second espace selon un premier sens, traverse ledit passage et circule le long dudit pre mier espace en sens inverse audit premier sens, et ressort dudit élément thermiquement conducteur. En outre, dans une seconde variante, ledit au moins un moyen est susceptible de mettre en circulation un fluide de sorte que, successive ment, ledit fluide pénètre dans ledit premier espace au niveau l'extrémi té dudit tube, qui est opposée à ladite première extrémité dudit manchon, circule le long dudit premier espace selon un second sens, traverse ledit passage et circule le long dudit second espace en sens inverse audit se cond sens, et ressort dudit élément thermiquement conducteur. Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulièrement avanta geux, ledit réacteur comporte simultanément - un premier moyen commandable, pour mettre en circulation fluide de refroidissement dans ledit élément thermiquement conducteur ; - un second moyen commandable, pour mettre en circulation un fluide de régénération dans ledit élément thermiquement conducteur ; et - un moyen de commande pour commander lesdits premier second moyens respectivement à des moments différents. Ainsi, on utilise dans ledit ensemble un seul et même circuit, ainsi qu'un seul moyen de commande, pour mettre en circulation deux types de fluide différents, à savoir un fluide de régénération et un fluide refroi dissement. Ceci permet notamment de réduire l'encombrement le coût et de plus facilite la commande et le contrôle des phases de régénération et de refroidissement. Avantageusement, ledit élément thermiquement conducteur forme une partie de ladite enceinte. De plus, de façon avantageuse, ledit élément thermiquement conducteur comporte - sur sa face externe, des ailettes délimitant entre elles des espaces des tinés à recevoir ledit adsorbant. Ainsi, ledit élément thermiquement conducteur présente une grande surface de contact avec l'adsorbant et la totalité de celui-ci peut se trouver à faible distance d'une portion du- dit élément, de sorte que le réchauffage ou le refroidissement dudit ad sorbant est particulièrement efficace et que ce dernier peut être régéné ré ou refroidi rapidement ; et/ou - sur sa face interne, des arêtes thermiquement conductrices, ce qui permet d'augmenter l'efficacité du transfert thermique entre d'une part, le fluide circulant dans ledit premier espace (entre le tube et le manchon interne) et, d'autre part, ledit tube qui est thermiquement conducteur. De préférence, ledit réacteur comporte une pluralité d'ensembles comprenant chacun un élément thermiquement conducteur pourvu d'un manchon interne, qui sont montés en parallèle. Dans ce cas, avantageu sement - au moins l'un desdits ensembles est associé à un moyen de mise en circulation d'un fluide, qui est indépendant ; et/ou - au moins deux, mais de préférence tous lesdits ensembles sont asso ciés à un seul et même moyen de mise en circulation d'un fluide ce qui permet de réduire le coût et l'encombrement et de plus facilite com mande et le contrôle, un seul moyen de commande étant dans cas suffisant pour tous ces ensembles. La présente invention concerne également un ensemble type précité, comprenant un élément thermiquement conducteur et man chon interne. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre, en section simplifiée, un ensemble conforme à l'invention, comprenant un élément thermiquement conducteur et un manchon interne. figure 2 illustre schématiquement l'ensemble de la figure 1, au quel sont associés des moyens de mise en circulation de fluide. figure 3 illustre schématiquement et partiellement un réacteur conforme à l'invention muni d'une pluralité de tels ensembles. figure 4 montre, en section simplifiée, un exemple de réalisation d'un réacteur conforme à la présente invention. réacteur 1, représenté partiellement sur la figure et conforme à l'invention, est un réacteur à adsorption réversible solide/gaz. II fait par tie ensemble non représenté et connu (par exemple les docu ments A-2 721 691 et FR-A-2 749 377 précités), qui destiné à adsorber la vapeur d'eau ou un autre gaz, en vue - soit de produire du froid, avec ou sans apport d'énergie exterieure ; - soit déshydrater des produits, notamment des produits agro- alimentaires, chimiques ou pharmaceutiques. Ledit réacteur 1 comporte une enceinte 2 représentée partielle ment et contenant un adsorbant solide 3, par exemple de zéolithe, et des moyens précisés ci-dessous pour la régénération et le refroidissement dudit adsorbant 3. sait que le fonctionnement d'un tel réacteur 1 cyclique et présente trois phases successives - une phase d'adsorption, pendant laquelle le réacteur 1 mis en liaison avec de la vapeur d'eau ou un autre gaz. L'adsorbant 3 adsorbe alors cette vapeur d'eau ou ce gaz, tout en restituant de la chaleur ; - une phase de régénération, pendant laquelle on engendre un réchauf- fage de l'adsorbant 3 à une température de consigne (comprise géne- ralement entre 100 C et 350 C) qui est fonction de la nature de - sorbant 3. Ce dernier rejette alors le liquide qu'il contient sous forme vapeur qui est évacuée. Cette vapeur peut ensuite être condensée, exemple, au moyen d'un condenseur non représenté ; et - une phase de refroidissement, pendant laquelle on refroidit ledit réac teur 1. Selon l'invention, ledit réacteur 1 comporte, comme représenté sur les figures 1 et 2, au moins un ensemble 4 comprenant - un élément allongé 5 qui est thermiquement conducteur, qui est consti tué par un tube 6 d'axe X-X et qui est agencé de manière à être au moins en partie en contact dudit adsorbant solide 3. Ledit élément 5 peut, par exemple, constituer une partie de l'enceinte 2 ; et - un manchon 7 qui présente un diamètre externe d au moins légèrement inférieur au diamètre interne D dudit tube 6, qui est agencé à l'intérieur dudit tube 6 de manière à créer, d'une part, un premier espace 8 entre la face externe 7A dudit manchon interne 7 et la face interne 6A dudit tube 6 et, d'autre part, un second espace 9 à l'intérieur dudit manchon interne 7, et dont une première extrémité 10 est formée de manière créer un passage 1 1 entre lesdits premier et second espaces 8 et 9. Comme on peut le voir sur la figure 2, ledit manchon interne 7 agencé dans ledit tube 6 de sorte que ladite première extrémité 10 est retrait par rapport à l'extrémité correspondante 12 dudit tube 6. Bien entendu, ledit passage 11 peut également être formé, dans un mode de réalisation non représenté, par une ou plusieurs ouvertures pratiquées à l'extrémité 10 du manchon 7. Dans ce cas, on peut faire s' rêter au même niveau les extrémités 10 et 12 du manchon 7 et du tube 6, ce qui permet notamment de fixer facilement l'extrémité 10 au niveau de ladite extrémité 12. De préférence, le tube 6 est fixé, au niveau de l'extrémité 13 op posée à ladite extrémité 12, par une soudure 14 sur la structure 15 du réacteur 1, en particulier sur la structure de l'enceinte 2. Ainsi, grâce à l'invention, on crée un circuit partiel dans ledit en semble 4 qui permet de faire circuler dans ce dernier à un instant determi- né un fluide, soit un fluide de régénération, soit un fluide de refroidisse ment, comme illustré par des flèches E sur la figure 2. Dans le mode de réalisation préféré représenté sur cette figure 2, ledit fluide, de préférence de l'huile (chaude ou froide selon l'utilisation envisagée) - pénètre par l'extrémité 16 du manchon 7, qui est opposée à l'extrémité 10, dans l'espace 9 dudit manchon 7 ; - circule le long dudit espace 9, comme illustré par les flèches E ; - traverse le passage 1 1 ; - circule dans l'espace tubulaire 8 en sens inverse ; et - ressort dudit espace tubulaire 8 au niveau de l'extrémité 13 du tube 6. Dans une variante de mise en oeuvre non représentée, peut prévoir que le fluide circule, dans le circuit partiel précité de l'ensemble 4, en sens inverse au sens E représenté sur la figure 2. Ainsi, dans le cas d'un fluide de régénération, ce dernier, lorsqu'il circule dans l'espace tubulaire 8, est en contact de la face interne du tube 6 de l'élément 5 et transfert de la chaleur à ce dernier, qui est réalisé en un matériau thermiquement conducteur et qui réchauffe ainsi l'adsor bant 3 se trouvant en contact notamment de la face externe 6B dudit tube 6. Par conséquent, on réalise, grâce à l'invention, un transfert ther mique efficace, et donc une régénération efficace dans le cas d'un fluide de régénération. II en est de même dans le cas d'un refroidissement moyen d'un fluide de refroidissement. Selon l'invention, pour optimiser le transfert thermique entre fluide et l'adsorbant 3 via l'élément 5, le tube 6 de ce dernier comporte, comme représenté sur la figure 1 - sur sa face externe 6B, des ailettes 17 thermiquement conductrices délimitent entre elles des espaces 18 destinés à recevoir ledit adsorbant 3. Ces ailettes 17 présentent une forme générale allongée, sont répar ties autour de la périphérie externe 6B dudit tube 6 et sont agencées radialement le long de ce dernier, parallèlement à l'axe X-X. De plus, transversalement, ces ailettes peuvent présenter des longueurs identi ques ou variables. Ainsi, ledit élément thermiquement conducteur 5 présente une grande surface de contact avec l'adsorbant 3 et la totalité de celui-ci peut se trouver à faible distance d'une portion dudit élément, de sorte que le réchauffage ou le refroidissement dudit adsorbant est particulièrement efficace et que ce dernier peut être régénéré ou refroidi rapidement ; et/ou - sur sa face interne 6A, des arêtes 19 thermiquement conductrices, ce qui permet d'augmenter le transfert thermique entre, d'une part, le fluide circulant dans ledit espace 8 et, d'autre part, ledit tube 6 qui est thermiquement conducteur. De préférence, lesdites arêtes internes 19 présentent une forme générale allongée, sont réparties radialement à la périphérie interne 6A dudit tube 6 et s'étendent longitudinalement par rapport à ce dernier. De plus, ces arêtes 19 présentent transversalement des longueurs qui sont telles que leurs extrémités respectives définissent transversale ment un cercle de diamètre sensiblement égale au diamètre externe d manchon 7 de sorte que ce dernier puisse reposer contre ces extrémites, ce qui permet de stabiliser latéralement ledit manchon 7. On notera que, dans le cadre de la présente invention, lesdites ai lettes 17 et lesdites arêtes 19 sont avantageusement réalisées, par un procédé d'extrusion, en une seule pièce avec ledit tube 6. Par ailleurs, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, ledit réacteur 1 comporte de plus - un moyen commandable 20, de type usuel, qui est susceptible de met tre en circulation un fluide de refroidissement dans ledit ensemble 4 comme illustré par une liaison 21 en trait interrompu ; - un moyen commandable 22, de type usuel, qui est susceptible de met tre en circulation un fluide de régénération dans ledit ensemble 4 comme illustré par une liaison 23 en trait interrompu ; et - un moyen de commande 24, de type usuel, qui est relié par l'intermé diaire de liaisons 25 et 26 respectivement auxdits moyens 20 et 22 pour commander automatiquement ou manuellement lesdits moyens et 22 respectivement à des moments différents, lors des phases de froidissement et de régénération précitées. Ainsi, on utilise dans ledit ensemble 4 un seul et même circuit (flè ches E), ainsi qu'un seul moyen de commande 24, pour mettre en circula tion un fluide de régénération et un fluide de refroidissement. Ceci permet notamment de réduire l'encombrement et le coût et facilite la commande et le contrôle du réacteur 1. Bien entendu, dans le cadre de la présente invention, le réacteur 1 peut comporter une pluralité d'ensembles 4. Sur la figure 4, on a représenté schématiquement un agencement particulier d'une pluralité de tels ensembles 4. Sur cette figure 4, apparaît de plus un raccord 27 permettant notamment de relier, de façon usuelle, le réacteur 1 à une cuve sous vide (non représentée) contenant des pro duits à traiter. Dans le cas d'une pluralité d'ensembles 4, le réacteur 1 comporte par exemple, comme représenté sur la figure 3 - une voie de distribution 28 à laquelle sont raccordés plusieurs, préfé rences tous les ensembles 4 du réacteur 1. Cette voie de distribution 28 est une conduite annulaire, centrée sur un axe Y-Y et section transversale rectangulaire, dans laquelle débouchent les extrémités 16 des manchons 7 et à laquelle est raccordée une conduite d'alimentation 29 représentée partiellement ; et - une voie de collecte 30, à laquelle sont raccordés, de préférence, tous les ensembles 4 qui sont raccordés à la voie de distribution Cette voie de collecte 30 est également une conduite annulaire, centrée sur l'axe Y-Y et de section transversale rectangulaire, qui est traversée par les manchons 7, dans laquelle débouchent les extrémités 13 tubes 6 et à laquelle est raccordée une conduite de collecte 31 représentée partiellement. Lesdites conduites d'alimentation et de collecte 29 et 31 sont re liées au moyen 20 de mise en circulation d'un fluide de refroidissement et/ou au moyen 22 de mise en circulation d'un fluide de régénération. Ceci permet de réduire le coût et l'encombrement et facilite le contrôle et la commande de la phase de refroidissement et/ou de phase de régénération. De plus, les manchons 7 des différents ensembles 4 sont fixés par des soudures 32 et 33 respectivement sur les voies 28 et 30 et diffé rents tubes 6 sont fixés par des soudures 34 et 14 respectivement sur la voie 30 et sur la structure 15 du réacteur 1. Pour des raisons de simplification du dessin, on a, parmi tous les ensembles 4, uniquement représenté, de plus partiellement, un seul en semble 4 en trait continu et un seul ensemble 4 en trait interrompu sur la figure 3. REVENDICATIONS 1. Réacteur à adsorption réversible solide/gaz, comportant une en ceinte (2) contenant un adsorbant solide (3), caracterisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble (4) comprenant - un 'lément allongé (5) qui est thermiquement conducteur, est cons titue par un tube (6) et qui est agencé de manière à être moins en partie en contact dudit adsorbant solide (3) ; et - un manchon (7) qui présente un diamètre externe (d) inférieur au diamè tre interne (D) dudit tube (6), qui est agencé à l'intérieur dudit tube (6) de manière à créer, d'une part, un premier espace (8) entre la face ex terne (7A) dudit manchon interne (7) et la face interne (6A) dudit tube (6) d'autre part, un second espace (9) à l'intérieur dudit manchon in terne (7), et dont une première extrémité (10) est formée de manière à créer un passage (11) entre lesdits premier et second espaces (8, 9). 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit manchon interne (7) est agencé dans ledit tube (6) de sorte que ladite première extrémité (10) est en retrait par rapport à l'extrémité correspondante (12) dudit tube (6). 3. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit manchon interne comporte à ladite première extrémité au moins une ouverture qui engendre ledit passage. 4. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte de plus au moins un moyen (20, 22) qui est susceptible de mettre en circulation un fluide de sorte que, successi vement, ledit fluide pénètre dans ledit second espace (9) par l'extrémité (16) dudit manchon interne (7), qui est opposée à ladite première extrémi té (10), circule le long dudit second espace (9) selon un premier sens, tra verse ledit passage (11) et circule le long dudit premier espace (8) en sens inverse audit premier sens, et ressort dudit élément (5) thermiquement conducteur. 5. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 3, caracterisé en ce qu'il comporte de plus au moins un moyen (20, 22) qui est susceptible de mettre en circulation un fluide de sorte que, successi vement, ledit fluide pénètre dans ledit premier espace (8) au niveau de l'extrémité (13) du tube (6), qui est opposée à ladite première extrémité (10) manchon (7), circule le long dudit premier espace (8) selon un se cond sens, traverse ledit passage (11) et circule le long dudit second es pace en sens inverse audit second sens, et ressort dudit elément (5) thermiquement conducteur. Réacteur selon l'une quelconque des revendications et 5, caracterisé en ce que ledit fluide est un fluide de refroidissement. Réacteur selon l'une quelconque des revendications et 5, caracterisé en ce que ledit fluide est un fluide de régénération. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précéden tes, caracterisé en ce qu'il comporte - un premier moyen commandable (20), pour mettre en circulation un fluide de refroidissement dans ledit élément (5) thermiquement conduc teur - un second moyen commandable (22), pour mettre en circulation un fluide de régénération dans ledit élément (5) thermiquement conduc- teur et - un moyen de commande (24) pour commander lesdits premier et se cond moyens (20, 22) respectivement à des moments différents. 9. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précéden tes, caractérisé en ce que ledit élément (5) thermiquement conducteur forme une partie de ladite enceinte (2). 10. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que ledit élément (5) thermiquement conducteur com porte sur sa face externe (6B) des ailettes (17) thermiquement conductri ces, qui délimitent entre elles des espaces (18) destinés à recevoir ledit adsorbant (3). 11. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précéden tes, caractérisé en ce que ledit élément (5) thermiquement conducteur com porte sur sa face interne (6A) des arêtes (19) thermiquement conductri ces. 12. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précéden tes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'ensembles qui com prennent chacun un élément (5) thermiquement conducteur un man chon interne (7) et qui sont montés en parallèle, et en ce qu' moins l'un desdits ensembles (4) montés en parallèle est associé à un moyen (20, 22) de mise en circulation d'un fluide, qui est indépendant. 13. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'ensembles qui com prennent chacun un élément (5) thermiquement conducteur un man chon interne (7) et qui sont montés en parallèle, et en ce qu'au moins deux desdits ensembles (4) montés en parallèle sont associés à un seul et même moyen (20, 22) de mise en circulation d'un fluide. 14. Ensemble thermiquement conducteur pour réacteur à ad sorption réversible solide/gaz, caractérisé en qu'il comporte - un élément allongé (5) thermiquement conducteur, qui constitué par un tube (6) ; - un manchon qui présente un diamètre externe (d) inferieur au diamè tre interne dudit tube (6), qui est agencé à l'intérieur dudit tube (6) de manière créer, d'une part, un premier espace (8) entre la face ex terne (7A) dudit manchon interne (7) et la face interne (6A) dudit tube (6) et, d'autre part, un second espace (9) à l'intérieur dudit manchon in terne (7), dont une première extrémité (10) est formée de manière à créer un passage (11) entre lesdits premier et second espaces (8, 9).