Brevet FR2803222A1 — publié le 20010706

présente invention concerne les réacteurs à adsorption réversi ble solide/gaz, ainsi qu'un élément thermiquement conducteur pour un réacteur. réacteurs de ce type, principalement destinés à des machines frigorifiques, sont par exemple connus par les documents FR-A-2 542, -A-2 704 631, FR-A-2 721 696, FR-A-2 749 377 et US-A-5 471. sait que de tels réacteurs utilisent des adsorbants, tels que la zéolithe pour capter une vapeur liquide, par exemple de l'eau, et fonc tonnent sous des pressions partielles comprises entre 0,5 millibar et plu sieurs centaines de millibars. On sait de plus que les adsorbants doivent être régénérés par chauffage à des températures comprises entre 2001C et 350 Toutefois, ces adsorbants, et en particulier la zéolithe, sont de mauvais conducteurs thermiques de sorte qu'ils ne peuvent être régénérés rapidement. présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. 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 élément allongé thermi- quement conducteur, constitué par un tube pourvu d'ailettes internes délimitent entre elles des espaces recevant ledit adsorbant. Ainsi, grâce à l'invention, ledit élément thermiquement conducteur présente une grande surface de contact avec l'adsorbant et la totalité celui-ci peut se trouver à faible distance d'une portion dudit élément, sorte le réchauffage dudit adsorbant est particulièrement efficace et que ce dernier peut être régénéré rapidement. chauffage dudit élément thermiquement conducteur peut être obtenu tout moyen désiré. Par exemple, on peut à cet effet faire cir culer courant électrique à travers ledit élément, qui se comporte alors comme résistance électrique chauffante. Cependant, de préférence, on prévoit moins un élément chauffant spécifique, par exemple une résistance électrique, rapporté à la périphérie externe dudit tube et destiné à chauffer celui-ci pour régénérer l'adsorbant. Il est alors avantageux que ledit tube constituant l'élément allongé soit pourvu, sur sa périphérie ex terne, logements destinés chacun à recevoir au moins partiellement un tel élément chauffant rapporté. Dans un mode de réalisation préféré, ledit élément allongé com porte une pluralité d'ailettes internes présentant une forme générale allon gée, réparties radialement à la périphérie interne dudit tube et s'étendant longitudinalement par rapport à ce dernier. Selon un premier mode de réalisation simplifié, approprié en parti culier à un réacteur présentant un cycle de fonctionnement long, par exemple d'un jour, ledit adsorbant est agencé dans tout le volume interne dudit tube. Cependant, en variante, ledit réacteur comporte de plus un man chon interne, qui est perméable aux fluides et qui est agencé, coaxiale ment, à l'intérieur dudit tube de l'élément allongé de manière à former avec ce dernier tube un volume tubulaire subdivisé par lesdites ailettes internes et destiné à recevoir ledit adsorbant. Ainsi, la vapeur d'eau ou le gaz adsorbé ou éliminé par l'adsorbant peut circuler dans l'espace interne libre dudit manchon interne, ce qui permet notamment de réduire la durée des cycles de fonctionnement du réacteur et ainsi d'augmenter son effica cité. En outre, avantageusement, ledit réacteur comporte de plus au moins un moyen pour engendrer une circulation de fluide de refroidisse- ment, par exemple de l'air froid ou de l'huile, sur la face externe dudit tube, ce qui permet de faciliter le refroidissement, notamment lorsque ce moyen est associé, conformément à une autre particularité de la présente invention, à des arêtes thermiquement conductrices prévues la péri phérie externe du tube. Ainsi, le refroidissement dudit élément thermiquement conducteur, et donc dudit adsorbant, peut être facilité, notamment pendant phase de refroidissement du réacteur, en particulier en faisant circuler fluide de refroidissement sur la face externe et donc sur les arêtes dudit élé- ment. Ledit réacteur peut comporter de plus deux flasques annulaires, qui sont agencés aux extrémités dudit tube et dudit manchon, même longueur, de manière à retenir ledit adsorbant dans ledit volume tubulaire. Par ailleurs, il est avantageux qu'au moins certaines desdites ailet tes internes présentent une base élargie à leur extrémité reliée tube. Ainsi, on en augmente la résistance mécanique et on peut y pratiquer des trous filetés, par exemple destinés à recevoir des vis de fixation desdits flasques annulaires. On comprendra aisément que le réacteur selon l'invention peut comporter une pluralité d'éléments allongés tels que décrits dessus, montés en parallèle. Par ailleurs, la présente invention concerne de plus un élément pour réacteur à adsorption réversible solide/gaz, ledit élément etant desti né à contenir l'adsorbant solide du réacteur et étant constitué un tube thermiquement conducteur et pourvu d'ailettes internes qui délimitent en tre elles des espaces destinés à recevoir ledit adsorbant. De façon avantageuse, un tel élément peut être obtenu par extru sion d'un métal, de façon que ledit tube, lesdites ailettes internes, lesdites arêtes de refroidissement et lesdits logements pour lesdits éléments chauffants soient des parties intégrantes d'une pièce tubulaire unique. 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 exemple de réalisation du réacteur conforme à la présente invention. La figure 2 est une vue latérale, avec demi-coupe longitudinale, du réacteur dont la section est représentée sur la figure 1 . La figure 3 est une vue éclatée, en perspective, illustrant piè ces constituant le réacteur de la figure 2. La figure 4 illustre, en section, un autre mode de réalisation d'un élément thermiquement conducteur conforme à l'invention. Le réacteur 1, représenté partiellement sur la figure 1 et conforme à l'invention, est un réacteur à adsorption réversible solide/gaz. Il fait par tie d'un ensemble non représenté et connu (par exemple par docu ments 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. Ledit réacteur 1 comporte un volume interne 2A, 2B contenant un adsorbant solide 3, par exemple de la zéolithe, et au moins un, mais de préférence une pluralité d'éléments chauffants 4, de type usuel par exemple des résistances électriques, pour la régénération dudit adsorbant 3. On sait que le fonctionnement d'un tel réacteur 1 est cyclique et présente trois phases successives : - une phase d'adsorption, pendant laquelle le réacteur 1 est 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 les éléments chauffants 4 sont commandés de manière à engendrer un réchauffage de l'adsorbant 3 à une température de consigne (comprise généralement entre 200 et 3501C) qui est fonction de la nature de l'adsorbant 3. Ce dernier rejette alors le liquide qu'il contient sous forme de vapeur est évacuée. Cette vapeur peut ensuite être condensée, par exemple, moyen d'un condenseur non représenté ; et - une phase de refroidissement, pendant laquelle on refroidit ledit réac teur 1 . Toutefois, notamment en raison de la conductibilité thermique ré duite de l'adsorbant 3, le réchauffage de ce dernier en vue sa régénéra tion, qui doit se faire à des températures comprises entre 2000C et 3501C pour la zéolithe par exemple, est difficile et lent. Pour remédier à cet inconvénient, le réacteur 1 conforme à l'inven tion comporte au moins un élément allongé 5, d'axe X-X, thermiquement conducteur et réalisé de préférence en métal, par exemple en cuivre, cet élément allongé 5 étant constitué par un tube 6 pourvu d'ailettes 7, 8 in ternes, c'est-à-dire qui sont agencées sur la face ou périphérie interne 6A dudit tube 6, et qui délimitent entre elles des espaces 5A destinés à rece voir ledit adsorbant 3, et lesdits éléments chauffants 4 sont agencés sur la périphérie externe 6B dudit tube 6. Ainsi, ledit élément allongé 5, qui est thermiquement conducteur et qui est chauffé par les éléments chauffants 4, présente, grâce notam ment auxdites arêtes internes 7, 8, une surface de contact importante avec l'adsorbant 3 de sorte que la totalité de celui-ci se trouve à faible distance d'une portion dudit élément 5, ce qui permet un réchauffage et donc régénération efficaces et rapides dudit adsorbant 3. L'élément allongé 5 comporte une pluralité d'ailettes 7, 8 internes de forme générale allongée, réparties autour de la périphérie interne 6A dudit tube 6 et agencées radialement le long de ce dernier. ailettes 7, 8 peuvent présenter transversalement des lon gueurs variables. De plus, certaines de ces ailettes peuvent présenter, pour raisons mécaniques, à leur extrémité qui est reliée au tube 6, une base élargie, comme représenté pour les ailettes 8 sur les figures 1 et 4. outre, ledit élément allongé 5 comporte sur sa périphérie ex terne des logements 9, 10 pour les éléments chauffants 4. Selon l'in vention : - dans premier mode de réalisation représenté sur figure 1, ces lo gements 9 sont réalisés sous forme d'évidements pratiqués dans ladite périphérie externe 6B. Sur la figure 1, pour des raisons de simplification du dessin, on n'a pas représenté des éléments chauffants 4 dans tous les logements 9 représentés ; et - dans second mode de réalisation représenté sur figure 4, lesdits logements 10 correspondent à des gorges formées chaque fois par deux branches 1 OA, 1 OB saillantes. Pour la phase de refroidissement, ledit réacteur 1 comporte de plus des moyens 11, de type usuel, par exemple un ventilateur, représentés schématiquement sur la figure 4, pour faire circuler préférence en continu fluide de refroidissement, par exemple de l'air froid ou de l'huile froide, sur la périphérie externe 6B du tube 6 le long de ce dernier. Pour favoriser le refroidissement ainsi mis en oeuvre, ledit tube 6 comporte de plus sur sa périphérie externe 6B des arêtes 2. arêtes 1 2 présentent une f orme générale allongée et sont de préférence agencées radialement le long dudit tube 6, en étant réparties autour périphérie 6B. notera que, dans le cadre de la présente invention, lesdites ai lettes lesdites branches 10A, 10B des gorges 10, ainsi que lesdites arêtes sont avantageusement réalisées, par un procédé d'extrusion, en une seule pièce avec ledit tube 6. Dans un premier mode de réalisation préféré, représenté sur les fi- .gures 1 ledit réacteur 1 comporte de plus un manchon interne 13 (par exemple tôle perforée ou en forme de grillage) qui est perméable aux fluides, notamment à la vapeur d'eau, et qui est agencé, coaxialement, à l'intérieur dudit tube 6 de manière à former avec ce dernier un volume tu bulaire destiné à recevoir ledit adsorbant 3. Comme on peut le voir plus en détail sur les figures 2 et 3, - sorbant maintenu dans ce volume tubulaire 2A par deux flasques d'extrémité annulaires 15 et 16 qui sont fixés de part et d'autre tube 6, respectivement à l'aide de vis 17 et 18 coopérant avec des trous filetés (non représentés) pratiqués dans les bases élargies des ailettes Ces flasques annulaires 15 et 16 qui sont de préférence réalisés tole perforée, laissant passer la vapeur d'eau. conséquent, aussi bien au cours de la phase d'adsorption qu'au cours la phase de régénération, de la vapeur d'eau adsorbée ou évacuée peut traverser la paroi du tube interne 13 et les flasques annulai res 15 et peut circuler dans l'espace interne 14 dudit tube interne 13. Ceci permet d'augmenter l'efficacité desdites phases d'adsorption et de régénération et ainsi, notamment, de réduire la durée des cycles fonctionnement du réacteur 1, par exemple à une heure. réacteur 1 comporte de plus des raccords 19, 20 permettant relier, façon usuelle, l'ensemble représenté sur les figures 2 et no- tamment à une cuve sous vide (non représentée) contenant des produits à traiter et à des moyens également non représentés pour mettre en ceuvre en particulier les phases régénération et d'adsorption précitées. Dansle mode réalisation simplifié représenté sur la figure 4, le réacteur 1 ne comporte de manchon interne de sorte que l'adsorbant remplit tout le volume interne 2B du tube 6. Pour des raisons de simplifi cation du dessin, on représenté l'adsorbant sur cette figure 4. Par conséquent, vapeur d'eau peut entrer dans et sortir du tube 6 uniquement par extrémités de ce dernier, ce qui augmente bien en tendu la durée phases d'adsorption et de régénération dudit réacteur 1. Ce dernier mode réalisation simplifié est donc particulièrement bien adapté à réacteurs 1 présentant des cycles de fonctionnement très longs, par exemple une journée. REVENDICATIONS 1. Réacteur à adsorption réversible solide/gaz, comportant une en ceinte contenant un adsorbant solide (3), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément allongé (5) thermi- quement conducteur, constitué par un tube (6) pourvu ailettes internes (7, 8) qui délimitent entre elles des espaces (5A) recevant ledit adsorbant (3). 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément chauffant (4) rap porté à la périphérie externe (6B) dudit tube (6). 3. Réacteur selon l'une des revendications 1 ou caractérisé en ce que lesdites ailettes internes (7, 8) 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. 4. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit adsorbant (3) est agencé dans tout le volume interne (2B) dudit tube (6). 5. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un manchon interne (13), qui est perméable aux fluides et qui est agencé, coaxialement, à l'intérieur dudit tube (6) de manière à former avec ce dernier un volume tubulaire (2A) subdivisé par lesdites ailettes internes et destiné à recevoir ledit adsorbant (3). 6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte de plus au moins un moyen (11) pour en gendrer une circulation de fluide de refroidissement sur la périphérie ex terne (6B) dudit tube (6). 7. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit tube (6) est pourvu, sur sa périphérie externe (6B), d'arêtes (1 2) thermiquement conductrices. 8. Réacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce . comporte deux flasques annulaires (15, 16), qui sont agencés aux extrémités dudit tube (6) et dudit manchon interne (13), de même longueur, manière à retenir ledit adsorbant (3) dans ledit vo lume tubulaire (2A). 9. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce moins certaines desdites ailettes internes (8) pré sentent à leur extrémité reliée audit tube (6) une base élargie. 10. Réacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce ledit tube (6) est pourvu, sur sa périphérie externe (6B), de logements 10) destinés chacun à recevoir au moins partielle ment un tel élément chauffant (4). 11. Elément pour réacteur à adsorption réversible solide/gaz, ledit élément étant destiné contenir l'adsorbant solide (3) dudit réacteur, caractérisé en ce est constitué par un tube (6) thermiquement conducteur et pourvu d'ailettes internes (7, 8) qui délimitent entre elles des espaces (5A) destinés à recevoir ledit adsorbant. 1 2. Elément selon la revendication 11, caractérisé en ce est obtenu par extrusion d'un métal.