Brevet FR2816039A1 — publié le 20020503

PROCEDE D'UTILISATION DE LA PERLITE (ALUMINOSILICATE) DANS DES APPLICATIONS DE REFRIGERATION, CONGELATION, CRYOGENIE, CLIMATISATION : Le présent document concerne un procédé d'utilisation des propriétés cryogéniques de la perlite et autres matériaux pouvant être expansés dans des applications de réfrigération, congélation, cryogénie. La perlite est un verre volcanique composé essentiellement d'aluminosllicates. Lorsque la pertite est portée à 900 C, puis refroidie rapidement, elle s'expanse pour former de la perlite expansée . La pertite expansée présente alors une faible conductivité thermique ainsi qu'une faible densité. Elle présente l'avantage d'être inerte chimiquement, imputrescible, de ne pas retenir l'eau et de présenter une forte porosité. Cette forte porosité de la perlite expansée permet ainsi le piégeage de molécules de fluides froids à l'inténeur de la pertite expansée lorsque cette dernière est mise en contact avec ces fluides ; l'ensemble ainsi formé de la pertite et du fluide réfrigérant est assimilable à un puits froid qui peut donc absorber de la chaleur provenant d'une source chaude, et ainsi abaisser la température de cette dernière ; Ce que nous nommons source chaude peut ainsi être l'intérieur d'un réfrigérateur, congélateur, caisson cryogénique,... Nous nommerons par milieu extérieur, tout l'extérieur de l'enceinte qui n'est pas la source chaude à refroidir. Ainsi la pertite tant par ses propriétés cryogéniques que physiques et chimiques mentionnées précédemment peut donc être utilisée pour générer du froid dans des applications de réfrigération, congélation, climatisation et de cryogénie. L'enceinte qui contient la perlite expansée et le fluide réfrigérant est constituée de matériaux retenus pour leurs propriétés de conductibilité thermique, leur résistance mécanique aux fortes pressions générées par le fluide réfrigérant, leur inertie chimique, leur résistance à la corrosion. La conductibilité thermique de ces matériaux doit être faible pour éviter les transferts de chaleur du milieu extérieur vers la perlite associée au fluide réfrigérant. Par contre elle doit être plus élevée pour favoriser les échanges thermiques de la source chaude que l'on souhaite refroidir et la source froide formée par la perlite et le fluide réfrigérant. L'enceinte contenant la perlite et le fluide réfrigérant ne sera donc pas exclusivement formée d'un seul matériau. Ainsi parmi les matériaux retenus pour réaliser l'enceinte contenant le fluide et la perlite figuren des métaux purs (cuivre, aluminium...) des alliages métalliques (aciers (enrichis ou non en élément autres que le carbone)...) La forme géométrique donnée à l'enceinte contenant la perlite et le fluide réfrigérant dépendra d'une part de son utilisation, en particulier dans le cas où l'enceinte sera de forme cylindrique permettant alors la réalisation de canalisation et/ou tuyaux utilisables pour générer un refroidissement. D'autre part la forme retenue pour l'enceinte sera aussi choisie de sorte à minimiser les échanges thermiques entre le milieu extérieur et le puits froid formé par la perlite et le fluide réfrigérant. La forme de l'enceinte ne sera donc pas essentiellement parallélépipèdique. Toute autre forme à donner à l'enceinte n'est pas exclue. De plus afin d'isoler l'enceinte contenant la perlite et le fluide réfrigérant et donc de limiter les échanges thermiques entre ces derniers et le milieu extérieur, l'utilisation soit d'un matériau isolant, soit d'une association de plusieurs matériaux isolants est envisagée. Le ou les Isolants retenus doivent ainsi posséder une faible conductivité thermique, une faible densité, une certaine résistance à la chaleur. Ces matériaux pourront être : - des polymères (le polystyrène, le polyuréthanne...) - de la laine de verre - de l'écume de pertite, obtenue à partir de la même pertite mentionnée au début de ce document L'utilisation de lame d'air combinée aux isolants précédents pourra être envisagée en particulier pour limiter les transferts de chaleur par conduction et renforcer l'isolation de l'enceinte contenant la perttte et le fluide réfrigérant. De même l'utilisation de matériaux réfléchissants, tels des feuilles d'aluminium, qui combinées aux autres isolants précédemment cités pourra être envisagée pour limiter les échanges thermiques entre le puits froid et le milieu extérieur, par rayonnement. Le fluide réfrigérant qui sera associé à la pertite sera choisi selon les gammes de température désirée pour abaisser la température de la source chaude. Ainsi le fluide réfrigérant utilisé pourra être le diazote (N2) et le dioxyde de carbone (C02), l'hélium (He), méthanol (CH30H), l'éthanol (C2H50H), et l'ammoniac (NH3) ou tout autre fluide connu pour ses propriétés réfrigérantes. La pression et le volume de fluide réfrigérant à insérer dans l'enceinte contenant la perlit seront déterminés selon la quantité et la granulométrie de perlite utilisée, le volume interne de l'enceinte, la température désirée à laquelle doit être ramenée la source chaude. La granulométrie de la perlite expansée déterminera la taille des pores intergranulaires et Intragranulaires ainsi que la surface spécifique de la perlite et donc la quantité de fluide réfrigérant retenue. La granulométrie de la perlite sera inférieure à 1 mm. L'utilisation simultanée de plusieurs classes de granulométrie n'est pas exclue dans le but d'obtenir un compromis entre la taille des pores intergranulaires et la surface spécifique de la perlite expansée. Un système de pompe ou compresseur combiné à l'enceinte contenant la perlite et le fluide réfrigérant sera éventuellement ajouté à cette dernière pour assurer une régulation, une circulation et un recyclage du gaz réfrigérant. Les caractéristiques de ce système de pompage qui sera éventuellement ajouter à l'enceinte seront fonction des propriétés (température, pression...) du fluide utilisé. A titre d'exemple, le dessin 1 représente la coupe transversale d'un tuyau réalisé selon le principe précédent. Sur ce schéma, les annotations correspondent à : - 1-représente le milieu dit extérieur. - 2-représente le confinement de l'enceinte et de l'isolant réalisé en matériau Métallique. - 3-représente l'isolation de l'enceinte. - 4-et-6-représentent l'enceinte réalisé en matériau métallique. - 5-représente l'intérieur de l'enceinte contenant la perlite et le gaz réfrigérant. - 7-représente la source dite chaude que l'on souhaite refroidir. Ainsi un matériau expansé, dont la perlit est un exemple, associée à un fluide réfrigérant, tout deux contenus dans une enceinte hermétique peuvent constituer une source froide, qui verra son utilisation dans la réalisation de système de réfrigération-congélation, de cryogénie ou de climatisation. Ce mode de réalisation présente l'intérêt d'être à la fois économique, mais aussi de ne pas utiliser de fluide de type HCFC. REVENDICATIONS 1. Procédé d'utilisation des propriétés cryogéniques d'un mélange de matériau, notamment la perlit, et de fluide réfrigérant contenu dans une enceinte hermétiqu en contact avec une source chaude et isolée du milieu extérieur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la perlite est de la perlite expansée obtenue à partir du minerai de perlite riche en aluminosilicate. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant utilisé est du diazote. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant utilisé est du dioxyde de carbone. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant utilisé est de l'hélium. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant utilisé est de l'ammoniac. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant utilisé est de l'éthanol. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant utilisé est du méthanol. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est construite en un métal pur. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est construite en alliage métallique. 11. Procédé selon la revendication 9,10 caractérisé en ce que l'enceinte est construite en une association des deux matériaux précédemment cités. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est isolée du milieu extérieur par un matériau polymère. 13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est isolée du milieu extérieur par de la laine de verre. 14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est isolée du milieu extérieur par de l'écume de perlite, à partir dudit minerai de perlit. 15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est isolée du milieu extérieur par des lames d'air. 16. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est isolée du milieu extérieur par des feuilles d'aluminium. 17. Procédé selon les revendications 12 à 16, caractérisé en ce que l'enceinte est isolée du milieu extérieur par une association des différents isolants précédemment cités. 18. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est de forme cylindrique et peut être utilisée comme canalisation ou tuyau. 19. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte peut prendre toute forme géométrique, autre que parallélépipèdique. 20. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la granulométrie de la perlite est inférieure à 1 millimètre. 21. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant peut être recyclé et recomprimé par un couplage d'un compresseur à l'enceinte.