Brevet FR2966573A1 — publié le 20120427

La présente invention concerne des perfectionnements aux systèmes thermochimiques du type destinés à être notamment utilisés dans des appareils de réfrigération et/ou de chauffage, ainsi que dans des systèmes de stockage de gaz sous forme de sels. On connaît de tels systèmes qui exploitent les propriétés d'une réaction thermochimique réversible et fortement exothermique au cours de laquelle un produit réactif, tel que des sels et notamment du chlorure de calcium ou du chlorure de baryum, absorbe un gaz approprié, tel que notamment de l'ammoniac. Le caractère réversible de cette réaction permet, une fois celle-ci terminée, de récupérer le gaz initial par chauffage des sels, de sorte que le cycle peut se répéter. Cette propriété, ainsi qu'exposé dans le brevet FR 2 873 793, a été exploitée dans des systèmes de production de froid dans lesquels le système thermochimique est mis en communication contrôlée avec un réservoir contenant le gaz sous phase liquide. Lorsque les deux enceintes sont mises en communication, le gaz liquide contenu dans le réservoir se vaporise, ce qui absorbe une certaine quantité de chaleur, si bien que le réservoir se refroidit, et ce gaz est absorbé par le produit réactif générant ainsi la susdite réaction chimique, si bien que le réacteur est la source d'un dégagement de chaleur. Une fois la réaction terminée, si l'on réchauffe le produit contenu dans le réacteur, on libère le gaz absorbé dans le produit réactif et celui-ci se condense alors dans le réservoir. On peut également utiliser le présent système pour assurer le stockage du gaz mis en oeuvre dans la susdite réaction thermochimique. Sur le plan pratique, les systèmes thermochimiques comprennent un réacteur qui contient le produit réactif au sein duquel on amène le gaz au moyen d'un élément, appelé ci-après diffuseur. Or un tel diffuseur est en mesure d'assurer plusieurs fonctions, à savoir de première part réaliser une diffusion homogène du gaz dans la masse du produit réactif, de seconde part empêcher que, lors de la mise en communication du réacteur avec le réservoir, de petites particules de produit réactif ne soient aspirées et viennent obturer le circuit de commande et de troisième part assurer le chauffage du produit contenu dans le réacteur après que le produit réactif a absorbé le gaz de façon à activer la réaction thermochimique inverse. On a en effet constaté que le chauffage du produit réactif était plus homogène lorsque les lignes de courant du chauffage étaient radiales, c'est-à-dire lorsqu'elles allaient du centre vers la périphérie du réacteur. Par ailleurs on peut doter le diffuseur de moyens de filtrage, notamment constitués d'un élément filtrant, par exemple en acier inoxydable, dont la porosité est telle qu'elle empêche le passage des particules de produit réactif dans le circuit de gaz. Enfin on peut assurer le chauffage du réacteur à partir du diffuseur en dotant celui-ci de moyens de chauffage, notamment de moyens de chauffage électriques avec la contrainte technique que les fils d'alimentation électrique doivent traverser l'enveloppe du réacteur. Il en résulte que la réalisation d'un réacteur, en raison des multiples connexions qui sont rendues nécessaires par les différentes fonctions dont on souhaite le doter, est une opération complexe et onéreuse. La présente invention a pour but de remédier à de tels inconvénients en proposant un système thermochimique dont la fabrication soit telle qu'elle permette de diminuer le temps de fabrication et de montage du réacteur. La présente invention a ainsi pour objet un système thermochimique du type comportant un réacteur , ou enceinte de stockage d'un produit réactif apte à absorber un gaz, qui est admis dans le réacteur par un diffuseur disposé suivant l'axe longitudinal de celui-ci, le produit réactif et le gaz étant tels que, lorsqu'ils sont mis en présence l'un de l'autre ils sont l'objet d'une réaction ayant pour effet l'absorption du gaz par le produit réactif et, à l'inverse, ils sont l'objet d'une réaction de désorption du gaz absorbé par le produit réactif sous l'effet d'un chauffage appliqué à ce dernier lorsqu'il a absorbé du gaz. Ce système est caractérisé en ce que le diffuseur comprend des moyens d'alimentation en gaz, des moyens de distribution du gaz dans le produit réactif et des moyens filtrant, ces différents moyens formant un sous-ensemble qui est fixé sur l'enveloppe du réacteur. Suivant l'invention le diffuseur pourra être fixé de façon amovible sur l'enveloppe, notamment par des moyens de vissage. Le diffuseur sera avantageusement pourvu de moyens de chauffage, qui pourront être disposés au moins en partie sur celui-ci. Ils pourront être constitués par les moyens de distribution du diffuseur. Dans un tel mode de mise en oeuvre, les moyens de distribution du diffuseur formant les moyens de chauffage seront constitués d'un élément filaire rigide chauffant spiralé, notamment en acier inoxydable, qui sera alimenté en gaz à l'une de ses extrémités par une tubulure d'arrivée de gaz. L'extrémité alimentée en gaz de l'élément filaire pourra être solidarisée de la tubulure d'alimentation en gaz, notamment par soudure ou par un emmanchement à force. Les moyens de chauffage pourront être constitués d'au moins une résistance, notamment enroulée de façon sensiblement hélicoïdale sur les moyens de distribution du diffuseur. Ces derniers pourront être recouverts d'au moins un élément filtrant, notamment en acier inoxydable. Préférentiellement au moins un élément filtrant aura des mailles dont la taille sera de l'ordre de la dizaine de micromètres. Au moins l'un des éléments filtrants pourra avoir des mailles dont la taille sera de l'ordre de la centaine de micromètres. Suivant l'invention la résistance pourra être disposée sur ledit élément filtrant. Préférentiellement les moyens filtrant envelopperont complètement les moyens de distribution du gaz de façon à éviter que des micro-particules du produit réactif ne viennent obturer le circuit de gaz. Par ailleurs l'enveloppe pourra être faite de métal et notamment d'acier inoxydable, mais elle pourra également être constituée de matériaux composites. Sa surface interne pourra être doublée d'une seconde enceinte, ou « liner contenant le produit réactif. Dans une application de type « fermé le système thermochimique pourra comporter des moyens de mise en communication contrôlée du réacteur avec un réservoir contenant ledit gaz sous forme liquéfiée. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une vue schématique avec coupe partielle du réacteur, illustrant le principe de fonctionnement d'un système thermochimique suivant l'invention dans une application de type dit « ouvert », - la figure 2a est une vue en coupe longitudinale et diamétrale d'un premier mode de réalisation d'un réacteur mis en oeuvre dans le système thermochimique suivant l'invention, - la figure 2b est une vue partielle agrandie du diffuseur représenté sur la figure 2a, - la figure 3 est une vue partielle agrandie d'une variante de mise en oeuvre du diffuseur représenté sur la figure 2b, - la figure 4 est une vue schématique avec coupe partielle du réacteur, illustrant le principe de fonctionnement d'un système thermochimique suivant l'invention dans une application de type dit « fermé », - la figure 5 est une vue schématique illustrant un mode de fabrication d'une variante d'un réacteur mis en oeuvre dans un système thermochimique suivant l'invention, - les figure 6 à 8 sont des vues partielles en coupe longitudinale et diamétrale de trois variantes de réalisation de l'invention. Dans un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, le système thermochimique qui est représenté de façon schématique sur la figure 1, comprend essentiellement un réacteur 1 qui contient un produit réactif 2 et qui est en communication sous le contrôle d'une vanne de commande 5 par une conduite 6 avec des moyens d'utilisation extérieurs 7. Ainsi qu'expliqué ci-après et de façon connue, le produit réactif et le gaz spécifique sont tels que le produit réactif est apte, par une réaction thermochimique exothermique, à absorber le gaz et à le restituer ensuite, par une réaction thermochimique inverse, lorsque l'on chauffe le produit réactif 2. Dans le présent mode de mise en oeuvre de l'invention qui est représenté sur les figures 2a et 213, le réacteur 1 comprend une enveloppe externe cylindrique 9 qui se termine préférentiellement à chacune de ses extrémités par une partie sensiblement hémisphérique. De façon connue, le produit réactif 2 qui est contenu dans le réacteur 1 est, par exemple, du chlorure de calcium qui a été préférentiellement mélangé à des granulats inertes, par exemple constitués de graphite naturel expansé (GNE) de façon à augmenter la perméabilité du produit réactif et favoriser ainsi la diffusion du gaz au sein de celui-ci. Une fois le mélange effectué, il est compacté préférentiellement dans le sens longitudinal xx' du réacteur 1. L'une des extrémités du réacteur 1 est percée d'un orifice 8 destiné à recevoir un bossage 15b d'un diffuseur 17. Ce dernier comporte ainsi une tubulure d'entrée/sortie de gaz 15a qui est reliée aux moyens d'utilisation 7, et qui se prolonge par le bossage 15b de plus grand diamètre destiné à prendre place dans l'orifice 8 et à assurer la fixation du diffuseur, par exemple par une soudure 10 sur l'enveloppe 9 du réacteur 1. Le diffuseur se prolonge à l'intérieur du réacteur 1 sur toute la longueur de son enveloppe 9, par une partie tubulaire 15c qui est perforée de façon que sa porosité soit comprise entre 10 et 90%. La partie tubulaire 15c a pour première fonction de favoriser une diffusion régulière du gaz sur toute la longueur et dans la masse du produit réactif 2. Elle a également une seconde fonction qui est d'assurer la diffusion du gaz dans le produit réactif suivant un trajet radial. On a constaté en effet que la perméabilité du produit réactif 2 était optimale dans une telle direction, dans la mesure où celle-ci est perpendiculaire à la direction du compactage xx'. Dans le présent mode de mise en oeuvre de l'invention la partie tubulaire 15c du diffuseur 17 assure de plus une fonction de chauffage. A cet effet un fil chauffant 17a, préférentiellement en acier inoxydable, est enroulé sur la partie perforée 15c de la tubulure 15 et ses fils 16a et 16b d'alimentation électrique traversent le bossage 15b pour aller vers une alimentation externe non représentée sur le dessin. Le fil chauffant 17a est recouvert par un manchon cylindrique 17b, notamment en acier inoxydable dont la dimension des mailles est préférentiellement de l'ordre de la dizaine de micromètres. Eventuellement cet ensemble est lui-même glissé dans un second manchon cylindrique 17c réalisé en mailles d'acier inoxydable de plus grande porosité et dont les dimensions des mailles sont préférentiellement de l'ordre de la centaine de micromètres. Les deux manchons 17b et 17c viennent en appui contre le bossage 15b par l'une de leurs extrémités et, par leur autre extrémité, ils viennent en contact avec le fond du réacteur, de façon à isoler l'arrivée/sortie de gaz du produit réactif 2 et éviter que des microparticules de celui-ci ne viennent obturer les éléments de commande 5. On fera en sorte que le diamètre du second manchon 17c soit inférieur à celui du bossage 15b de façon qu'il puisse pénétrer à l'intérieur du réacteur par l'orifice 8. Suivant l'invention on constitue ainsi un diffuseur 17 qui forme un sous-ensemble comprenant tous les éléments permettant de réaliser les diverses fonctions énumérées précédemment, ce sous-ensemble venant ensuite se fixer sur l'enveloppe 9 une fois le produit réactif mis en place dans le réacteur. On comprend que le montage du réacteur est grandement simplifié dans la mesure où le sous-ensemble diffuseur peut être pré-assemblé. On pourrait également, ainsi que représenté sur la figure 3, disposer le fil chauffant 17a sur l'extérieur du sous-ensemble, à savoir sur le second élément filtrant 17c. Le système thel~uochimique suivant l'invention, qui est représenté sur la figure 1 peut être utilisé pour assurer plusieurs fonctions débouchant sur des applications techniques diverses. Ainsi, lorsque les moyens d'utilisation 7 sont constitués d'une source de gaz, on peut utiliser le système thermochimique pour assurer le stockage de celui-ci. Une telle fonction ouvre sur plusieurs applications. On peut en effet utiliser le réacteur pour absorber un gaz que l'on souhaite éliminer, notamment un gaz nocif que, dans un premier temps, on stocke dans le réacteur afin, dans un deuxième temps, de venir le capter avec des moyens appropriés. On peut également utiliser le réacteur pour stocker un gaz dont on souhaite assurer la distribution pour une application déterminée. Une application particulièrement intéressante est celle dans laquelle le système thermochimique est utilisé pour la production de chaleur et de froid. Dans cette application, connue en elle-même, qui est représentée de façon schématique sur la figure 4, les moyens d'utilisation extérieurs 7 sont constitués d'un réservoir 4 qui contient un gaz liquide apte à réagir avec le produit réactif et qui est stocké en phase liquide. De façon connue, le fonctionnement du système s'établit ainsi que décrit ci-après. A l'ouverture de la vanne de commande 5 le gaz stocké sous phase liquide dans le réservoir 4 se vaporise, absorbant ainsi de la chaleur, si bien que le réservoir 4 se refroidit, et le gaz généré est distribué par l'ensemble diffuseur 17 au sein du produit réactif 2 qui le capte suivant la réaction thermochimique spécifique fonction du produit réactif et du gaz utilisé ; cette réaction étant exothermique, si bien que le réacteur 1 s'échauffe. La réaction se poursuit tant qu'il reste du gaz dans le réservoir 4 et que le produit réactif n'est pas saturé. Si par la suite on effectue un apport de chaleur au réacteur 1 à l'aide de moyens de chauffage notamment constitués par le fil chauffant 17a, le produit réactif désorbe le gaz qui retourne au réservoir 4 où il se condense. A titre d'exemple, dans le cas d'un produit réactif constitué de chlorure de calcium et d'un gaz constitué d'ammoniac, cette réaction thermochimique est la suivante : Ça (NH3) 6C12 Ca (NH3) 2C12+4 (NH3) -ô% On comprend qu'un tel système est particulièrement intéressant dans la mesure où il permet de stocker de façon potentielle à la fois de la chaleur (échauffement du réacteur 1) et du froid (refroidissement du réservoir 4) et ceci avec un poids et sous un encombrement faible. L'enveloppe 9 du réacteur 1 peut être constituée d'un autre matériau que l'acier ou l'acier inoxydable. Dans le cadre de la présente invention cette enveloppe peut être également constituée d'un matériau composite notamment formé d'un réseau tissé de fibres de carbone, de fibres de verre ou d'une matière de synthèse telle que notamment le kevlar etc qui est noyé dans une résine thermodurcissable ou thermoplastique telle que, par exemple, une résine époxy, une résine polyester ou polyamide. Dans un tel mode de mise en oeuvre, la face interne de l'enveloppe du réacteur 1 est en contact avec une seconde enveloppe, dite « liner »r qui présente la caractéristique d'être étanche. Cette enveloppe peut être métallique et être constituée d'acier, d'acier inoxydable, d'aluminium ou d'une matière de synthèse telle que du polyéthylène du polyamide etc . Lorsque cette enveloppe est métallique elle aura alors une faible épaisseur, inférieure à 1 mm. Sa qualité et sa fonction essentielle seront d'assurer une étanchéité parfaite du réacteur aussi bien à l'égard des gaz qu'à l'égard des liquides utilisés. La fonction de l'enveloppe composite externe est quant à elle de conférer au réacteur une bonne résistance mécanique et, à cet effet, l'homme du métier saura choisir la nature des fibres et celle de la résine à utiliser ainsi que l'épaisseur à donner aux parois de l'enveloppe. Dans un mode de mise en oeuvre d'une telle réalisation, représentée de façon schématique sur la figure 5, on pourra utiliser le liner 11 en tant que mandrin pour la réalisation de l'enveloppe externe 9. Ainsi on pourra venir dérouler les fibres de carbone sur la surface externe du liner 11 mis en rotation, de façon à tisser sur celui-ci une sorte d'écheveau qui sera ensuite, ou simultanément au déroulement, noyé dans la résine. Un tel réacteur pourra être pourvu de moyens de chauffage à effet radial qui sont intégrés au diffuseur ainsi que décrit précédemment. On peut également, ainsi que représenté sur la figure 6, réaliser un diffuseur 17' formant un sous-ensemble comprenant un fil chauffant spiralé 19, notamment en acier inoxydable, dont la rigidité est telle qu'elle lui permet de s'emmancher à force sur un tronçon 15d de la tubulure 15a d'arrivée/sortie de gaz et de traverser le produit réactif 2 de part en part sur toute la longueur de celui-ci. Avantageusement le fil chauffant spiralé rigide 19 est recouvert d'un manchon filtre 17b, notamment en acier inoxydable, dont la porosité est préférentiellement de l'ordre de la dizaine de micromètres qui est fixé, par exemple par une soudure par point, sur celui-ci. Eventuellement l'ensemble est recouvert d'un second manchon filtre de plus grande porosité, non représenté sur le dessin, dont la valeur est préférentiellement de l'ordre de la centaine de micromètres. On constitue ainsi un ensemble diffuseur 17'. Bien entendu le diamètre du bossage 15b qui vient prendre place dans l'orifice 8 est supérieur à celui du manchon 17c de façon que l'ensemble diffuseur puisse être introduit dans le réacteur. 2966573 Il Dans le présent mode de mise en oeuvre de l'invention la porosité du diffuseur, qui sera préférentiellement comprise entre 10 et 90%, sera formée de l'espace compris entre les spires du fil chauffant 19, si bien que pour ajuster celle- 5 ci il suffira de faire varier le pas de l'enroulement de ce dernier en étirant plus ou moins le fil spiralé rigide. Dans une variante de mise en oeuvre de la présente invention, qui est représentée sur la figure 7, le diffuseur 17 est monté de façon amovible sur l'enveloppe 9 10 du réacteur 1. A cet effet cette dernière comporte une embase 13 qui est percée d'un trou fileté 8' qui est destiné à recevoir le bossage 15b qui est pourvu à cette fin d'un filetage complémentaire. Le bossage 15b se termine côté extérieur par un méplat 20 qui vient en appui contre 15 la face externe de l'embase 13 avec interposition d'un joint d'étanchéité 20. Il est ainsi possible, par exemple après un temps donné d'utilisation, de démonter le diffuseur 17 pour le nettoyer ou l'échanger contre un nouveau diffuseur plus performant. 20 Bien entendu la présente invention est également applicable à des diffuseurs dépourvus de moyens de chauffage, ainsi que celui représenté sur la figure 8. Sur cette dernière le diffuseur 17 est constitué d'une tubulure 15a pourvue d'un bossage 15b qui se prolonge à l'intérieur 25 du réacteur 1 par un tronçon tubulaire 15d sur lequel est fixé un tube perforé 23 qui traverse de part en part le produit réactif 2. Les perforations du tube 23 sont telles que la porosité de celui-ci est comprise entre 10 et 90%. Le tube perforé 23 est recouvert d'un premier manchon 30 cylindrique 17b, notamment en acier inoxydable dont la dimension des mailles est préférentiellement de l'ordre de la dizaine de micromètres. Ce manchon est lui-même recouvert d'un second manchon cylindrique 17c réalisé en mailles d'acier inoxydable de plus grande porosité dont les dimensions des mailles sont préférentiellement de l'ordre de la centaine de micromètres. Les deux manchons 17b et 17c viennent en appui contre le bossage 15b par l'une de leurs extrémités et, par leur autre extrémité, ils viennent en contact avec le fond du réacteur de façon â isoler l'arrivée/sortie de gaz du produit réactif 2 et éviter que des micro-particules de celui-ci ne viennent obturer les éléments de commande 5 ainsi qu'exposé précédemment.10 REVENDICATIONS1.- Système thermochimique du type comportant un réacteur (1), ou enceinte de stockage d'un produit réactif apte à absorber un gaz, qui est admis dans le réacteur par un diffuseur (17,17') disposé suivant l'axe longitudinal (xx') de celui-ci, le produit réactif (2) et le gaz étant tels que, lorsqu'ils sont mis en présence l'un de l'autre ils sont l'objet d'une réaction ayant pour effet l'absorption du gaz par le produit réactif (2) et, à l'inverse, ils sont l'objet d'une réaction de désorption du gaz absorbé par le produit réactif (2) sous l'effet d'un chauffage appliqué à ce dernier lorsqu'il a absorbé du gaz, caractérisé en ce que le diffuseur comprend des moyens d'alimentation en gaz (15a), des moyens de distribution du gaz dans le produit réactif {15c,19,23) et des moyens filtrant {17b,17c), ces différents moyens formant un sous ensemble qui est fixé sur l'enveloppe (9) du réacteur (1). 2.- Système thermochimique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le diffuseur (17,17') est fixé de façon amovible sur l'enveloppe (9). 3.- Système thermochimique suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le diffuseur (17) est fixé par vissage sur l'enveloppe (9) du réacteur (1). 4.- Système thermochimique suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le diffuseur (17,17') traverse de part en part le produit réactif (2). 5.- Système thermochimique suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le diffuseur est pourvu de moyens de chauffage {17a,19) 6.- Système thermochimique suivant la revendication 5 caractérisé en ce que les moyens de chauffage (17a,19) sont disposés au moins en partie sur le diffuseur {17,17'). 7.- Système thermochimique suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués par les moyens de distribution (19) du diffuseur (17». 8.- Système thermochimique suivant la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de distribution du diffuseur formant les moyens de chauffage sont constitués d'un élément filaire rigide chauffant spiralé (19), notamment en acier inoxydable qui est alimenté en gaz à l'une de ses extrémités par une tubulure d'arrivée de gaz (15a). 9.- Système thermochimique suivant la revendication 8 caractérisé en ce que l'extrémité alimentée en gaz de l'élément filaire (19) est solidarisée de la tubulure (15) d'alimentation en gaz, notamment par soudure ou par un emmanchement à force. 10.- Système thermochimique suivant l'une des revendications 5 à 9 caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués d'au moins une résistance (17a), notamment enroulée de façon sensiblement hélicoïdale sur les moyens de distribution (15c) du diffuseur (17). 11.- Système thermochimique suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de distribution (15c) du diffuseur sont recouverts d'au moins un filtre (17b,17c), notamment en acier inoxydable. 12.- Système thermochimique suivant la revendication 11 caractérisé en ce que la taille des mailles dudit filtre (17b,17c) est de l'ordre de la dizaine de micromètres. 13.- Système thermochimique suivant la revendication 11 caractérisé en ce que la taille des mailles dudit filtre est de l'ordre de la centaine de micromètres. 14.- Système thermochimique suivant l'une des revendications 12 ou 13 caractérisé en ce que la résistance (17a) est disposée sur ledit filtre (17b,17c). 15.- Système thermochimique suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'enveloppe (9) est constituée de matériaux composites. 16.- Système thermochimique suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la surface interne de l'enveloppe (9) est doublée d'une seconde enceinte, ou « liner », contenant le produit réactif. 17.- Système thermochimique suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens filtrant (17b,7c) enveloppent complètement les moyens de distribution du gaz (15c,19,23). 18.- Système thermochimique suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mise en communication contrôlée (5) du réacteur (1) avec un réservoir (4), contenant ledit gaz sous forme liquéfiée.