CA2223002A1 - Dispositif thermochimique pour produire du froid et/ou de la chaleur - Google Patents
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Abstract
Dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par réaction chimique comprenant deux réacteurs (10; 12) renfermant chacun un sel associé (S1; S2) susceptible de réagir chimiquement avec un gaz, et dispersé dans un support poreux, une enceinte (16) destinée à recevoir le gaz des réacteurs (10; 12) et une enceinte (18) destinée à délivrer le gaz aux réacteurs. Selon l'invention, les réacteurs (10; 12) sont disposés en contact direct et sont agencés afin que le transfert de chaleur entre eux se fasse uniquement par conduction. Un procédé de mise en oeuvre de réactions chimiques entre au moins un sel et un gaz, au sein d'un tel dispositif, pour produire du froid et/ou de la chaleur est également décrit.
Description
.
W097/40328 PCT~R97/00731 Dispositif thermochimique pour produire du froid et/ou de la chaleur La présente invention concerne un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par reaction solide-gaz.
Le dispositif vise par l'invention est base sur l'utilisation du système dit "pompe thermochimique'~, dont les caractéristiques principales sont les suivantes :
- on utilise, comme "moteur chimique" une réaction renversable entre un solide et un gaz du type :
<Solide A~ + (G) -----~ csolide B~
~_____ La réaction est exothermique dans le sens 1, ce qui veut dire que dans ce sens, elle produit de la chaleur et endothermique dans le sens 2, c'est-à-dire que dans ce sens elle produit du froid.
Un tel système permet le stockage d'énergie sous forme chimique et présente des domaines d'application variés.
De plus, un tel système permet la production, à
partir d'une source de chaleur à la temperature Ts, de chaleur à la température Tu telle que :
Tu ~ Ts Dans ce cas, le système est appele "pompe à chaleur chimique".
Un tel système permet également la production, à
partir d'une source de chaleur a la temperature T's, de chaleur à la température T'u telle que :
T'u ~ T's Dans ce cas, le système est appelé "thermo transformateur chimique".
W097/40328 2 PCT~R97/00731 Grâce a ce systeme, il est possible de produire de l'énergie frigorifique à partir d'une source de chaleur et de produire simultanement, a partir d'une source de chaleur à la temperature T"s, de la chaleur a la tempéra~ure T~'u(T"u c T"s) et de l'énergie frigori~ique.
Suivant les cas, l'utilisation de la chaleur ou du froid produit est simultanee à la consommation d'energie à
haute temperature (Ts, T's, T"s) ou differee dans le temps (e~fet de stockage).
Du document EP-A-0.382.586, on connaît un dispositif pour la production de froid et/ou de chaleur par réaction solide/gaz, comportant deux réacteurs contenant chacun un sel différent susceptible de réagir chimiquement avec un gaz dans des domaines de température et de pression adaptes, un evaporateur et un condensateur. Comme decrit dans ce document, le choix de deux sels places differemment dans le diagramme de Clapeyron permet, au cours d'une des phases du cycle de fonctionn~m~nt, d'utiliser la chaleur de reaction de synthèse du sel situé dans le domaine haute température pour e~fectuer la réaction de décomposition (nécessitant un apport d'energie) du sel situé dans le domaine des basses températures. Ce trans~ert de chaleur qui s'effectue par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur circulant entre les deux reacteurs a pour effet d'ameliorer l'ef~icacité
énergétique.
~ependant, cette efficacité amelioree du système ne satisfait pas totalement les exigences commerciales requises pour un tel système, par exemple, parce que le dispositi~
necessite de nombreuses vannes de commande.
Du document FR A-2653.541 on connaît un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par reaction solide-gaz comprenant des chambres de réaction contenant chacune un sel di~érent susceptible de réagir avec un gaz dans des domaines de temperature et de pression adaptés, un evaporateur et un condensateur. Le deroulement du cycle de fonctionnement permet, comme dans le cas du document EP-~-0.382.586, d'effectuer une phase de recuperation d'énergie interne entre les deux réacteurs solide-gaz. Toutefois, dans ~ CA 02223002 l997-l2-l8 ce cas, la gestion du cyle thermodynamique de fonctionnement, et notamment la phase de récupération, sont assurées par l'utilisation de plusieurs caloducs gravitationnels.
La présente invention a donc pour objet un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par réaction solide-gaz, qui est performant mais qui nécessite un nombre réduit de vannes ou de dispositifs annexes assurant le transfert de chaleur.
Pour répondre à cet objectif, llinvention propose un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par réaction chimique comprenant deux réacteurs renfermant chacun un sel associé ~Sl ; S2) susceptible de reagir chimiquement avec un gaz, et dispersé dans un support poreux, une enceinte destinée à recevoir le gaz des réacteurs et une enceinte destinée à délivrer le gaz aux réacteurs caractérisé en ce que les reacteurs sont disposés en contact direct et sont agencés afin que le transfert de chaleur entre eux se fasse uniquement par conduction.
La présente invention propose également un procédé
de mise en oeuvre de réactions chimiques entre au moins un sel et un gaz au sein d'un dispositi~ pour produire du froid et/ou de la chaleur, le dispositif comprenant deux réacteurs ren~ermant chacun un sel associe, dispose dans un support poreux, une enceinte destinée à recevoir le gaz des réacteurs, et une enceinte destinée à délivrer le gaz aux réacteurs, le procédé comprenant les étapes qui consistent a :
- faire évoluer une premier réacteur, en faisant réagir son sel avec le gaz, entre la pression de l'enceinte destinee a recevoir le gaz et la pression de l'enceinte destinee à delivrer le gaz, et simultanement, - faire evoluer le second reacteur, en faisant réagir son sel avec le gaz, entre la pression de l'enceinte destinée a recevoir le gaz et une pression inférieure à
celle de l'enceinte destinee à delivrer le gaz au premier reacteur.
. .
W097/40328 4 PCT~R97/00731 Les avantages, ainsi que le ~onctionnement de la presente invention appara~tront plus clairement à la lecture de la description suivante ~aite d'une manière non limitative en ré~érence aux dessins annexés, sur lesquels :
S - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositi~ pour produire du froid et/ou de la chaleur, selon l'invention ;
et - les figures 2 a 7 representent chacune un diagramme de Clapeyron illustrant le ~onctionnement de dispositifs selon llinvention.
Sur la figure 1 est represente un dispositif pour produire du ~roid et/ou de la chaleur, selon l'invention, comprenant deux chambres de reaction, ou réacteurs, 10 i 12, qui, dans llexemple illustré, sont cylindri~ues, llun des reacteurs, ici 12, de diamètre plus faible, etant dispose, sensiblement coaxialement à l'interieur de l'autre reacteur 10. Les deux reacteurs ont la meme longueur axiale et sont separes par une paroi 14, non poreuse.
~e dispositif comprend, en outre, un condenseur 16 et un evaporateur 18 relies par un conduit 20 muni d'un detendeur 22. Le condenseur et l'évaporateur 18 ~orment, ainsi, des enceintes destinées à recevoir et a libérer le gaz respectivement. Un ensemble de quatre vannes 24, 26, 28 et 30, permet de relier l'un ou l'autre des réacteurs 10, 12, sélectivement au condenseur 16 et à llévaporateur 18, par llintermédiaire de conduits 32 et 34. Dans llexemple présenté ~igure 1, une résistance electrique 36 est disposée axialement à llintérieur du réacteur 12 permettant de chauffer sélectivement celui-ci. Toutefois, le principe de fonctionnement du procédé slapplique évidemment à tout autre mode de chauffage du réacteur 12 qui peut, a titre d'exemples non limitatifs, consister en un brûleur a gaz, une circulation de fluide caloporteur a l'intérieur d'un conduit, ou un phénomene de condensation d'un fluide contenu dans un caloduc.
Enfin, le dispositif comprend, de plus, un ventilateur 38, disposé à une extrémité des réacteurs 10 et 12 permettant de les refroidir sélectivement. Là aussi, le W O 97/40328 5 PCT~FR97/00731 mode de refroidissement ne constitue qu'un exemple destiné à
illustrer le fonctionnement du procédé et tout autre type de refroidissement peut également être utilisé sans modifier le déroulement des différentes phases du cycle.
Les réacteurs 10 et 12 sont chacun munis d'un sel, respectivement S1 et S2, mélangé avec, ou dispersé dans un support poreux. Dans un mode de réalisation préféré, le support poreux comprend du graphite expansé recomprimé de densité se trouvant entre 0,05 et 0,5.
Le fonctionnement du dispositif sera maintenant décrit en se référant aux diagrammes de Clapeyron des ~igures 2 à 5.
L'état initial du cycle de fonctionnement du dispositif est représenté sur le diagramme de la figure 2. A
cet instant, les deux sels S1 et S2 ont effectué leur décomposition et se trouvent à la pression du condenseur 16, Pcond. La résistance électrique 36, en contact direct avec le sel S2, est sous tension et impose au sel S2 une température haute Th. Le ventilateur 38 est coupé. Le sel S1, disposé autour du réacteur 12 contenant le sel S2, est chauf~é par celui-ci jusqu'à une température se trouvant entre Th et sa température dléquilibre à la pression du condenseur 16, Te~ S1 ~Pcond). Les positions des reacteurs 10 et 12 sont représentées sur la figure 2 par des points 10, 12.
La première etape du procédé de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention est représentée sur la figure 3. Lors de cette étape, la résistance électrique 36 est coupée et le ventilateur 38 est mis en marche.
Le refroidissement du réacteur 10 contenant le sel S1 entraîne une diminution de sa température. Aussi, il traverse sa droite d'équilibre et passe en condition de synthèse. Il est alors isolé du condenseur. De ce fait la chute de température du réacteur 10 s'accompagne d'une diminution de sa pression, le sel suivant sa droite d'équilibre. Lorsque la pression du réacteur lo atteint la pression Pévap de l'évaporateur 18, ceux-ci sont mis en communication en ouvrant la vanne 30, les autres vannes - CA 02223002 l997-l2-l8 , W O 97/40328 6 PCT~FR97/00731 restant fermées. Le sel S1 e~ectue sa réaction de synthese impliquant une production de ~roid par évaporation a Tévap.
Le réacteur 12 contenant le sel S2 étant en contact thermique avec S1 par la paroi 14, le re~roidissement du réacteur lO contenant le sel S1 entraîne le re~roidissement du sel S2 qui traverse sa droite dléquilibre et passe en condition de synthèse. Le réacteur 12 est alors isolé du condenseur 16. De ce ~ait, la chute de température du réacteur 12 s'accompagne d'une diminution de sa pression, le ~0 sel S2 suivant sa droite d'équilibre. Le réacteur 12 se trouve, alors, à une pression in~érieure à celle (Pévap) de l'évaporateur 18.
Durant la phase de synthèse du se~ S1 le réacteur 12 contenant le sel S2 reste isolé de l'évaporateur 18, par la ~ermeture des vannes, emp~chant ainsi toute réaction. Il reste donc sur sa droite d'équilibre et du ~ait du contact thermique, par la paroi 14, avec l'intérleur du réacteur 10 contenant le sel S1, se trouve à une température proche de TeqSl(Pévap).
La deuxième étape du procédé est représentée sur la figure 4. Lors de cette étape, le ventilateur 38 est arrêté.
Le réacteur 12 contenant le sel S2 est mis en communication avec l'évaporateur placant ainsi le sel en condition de synthèse. La production de chaleur due à la réaction provoque la remontée en température de S2 qui se trouve alors à la pression Pévap et a une température proche de TeqS2(Pévap). La synthèse de S2 provoque par évaporation une production de froid à Tévap.
Le réacteur 10 contenant le sel S1 étant en contact thermique avec le réacteur 12 par la paroi 14, la remontée de température du sel S2 entraîne l~augmentation de température du sel S1. Le sel S1 traverse sa droite d'équilibre et se trouve en condition de décomposition. Le réacteur lO est alors isolé de l'évaporateur. De ce fait, llaugmentation de température du sel S1 s'accompagne d~une augmentation de pression, le sel suivant sa droite d~équilibre. Lorsque la pression du sel S1 atteint la pression du condenseur 16, ceux-ci sont mis en communication .
W097/40328 7 PCT~R97/00731 en ouvrant la vanne 26. Le sel Sl effectue sa décomposition, l'énergie nécessaire à la réaction étant directement apportee par contact thermique par la synthèse exothermique du sel S2.
Ensuite, on passe à la troisième etape du procede de mise en oeuvre du dispositif, representee sur la ~igure 5.
Au début de cette étape, la résistance électrique 36 est mise sous tension.
Le sel S2 est ainsi réchauf~é, traversant sa droite d'équilibre et se trouvant en condition de décomposition. ~e réacteur 12 est alors isolé de l'évaporateur. De ce fait l'augmentation de température du sel S2 s'accompagne d'une augmentation de pression, le sel suivant sa droite d'équilibre. Lorsque la pression du sel S2 attelnt la pression du condenseur 16 Pcond, ceux-ci sont mis en communication en ouvrant la vanne 24, les autres vannes restant fermées. Le sel S2 du réacteur 12 e~fectue sa décomposition.
Durant cette phase, le réacteur dont le sel Sl a dé~à effectué sa décomposition, reste en communication avec le condenseur 16 qui impose sa pression Pcond. Du fait du contact thermique entre les réacteurs 10 et 12, le réacteur 10 est rechauf~e de TeqSl(Pcond) a une temperature proche de TeqS2(Pcond).
Sur le cycle complet on e~fectue deux effets utiles de production de froid par évaporation correspondant aux synthèses des sels Sl et S2, et l'on fournit une quantite d'énergie correspondant à une seule décomposition (décomposition du sel S2). En négligeant les termes de chaleur sensible le calcul du COP idéal du cycle conduit donc ~ :
W097/40328 PCT~R97/00731 Dispositif thermochimique pour produire du froid et/ou de la chaleur La présente invention concerne un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par reaction solide-gaz.
Le dispositif vise par l'invention est base sur l'utilisation du système dit "pompe thermochimique'~, dont les caractéristiques principales sont les suivantes :
- on utilise, comme "moteur chimique" une réaction renversable entre un solide et un gaz du type :
<Solide A~ + (G) -----~ csolide B~
~_____ La réaction est exothermique dans le sens 1, ce qui veut dire que dans ce sens, elle produit de la chaleur et endothermique dans le sens 2, c'est-à-dire que dans ce sens elle produit du froid.
Un tel système permet le stockage d'énergie sous forme chimique et présente des domaines d'application variés.
De plus, un tel système permet la production, à
partir d'une source de chaleur à la temperature Ts, de chaleur à la température Tu telle que :
Tu ~ Ts Dans ce cas, le système est appele "pompe à chaleur chimique".
Un tel système permet également la production, à
partir d'une source de chaleur a la temperature T's, de chaleur à la température T'u telle que :
T'u ~ T's Dans ce cas, le système est appelé "thermo transformateur chimique".
W097/40328 2 PCT~R97/00731 Grâce a ce systeme, il est possible de produire de l'énergie frigorifique à partir d'une source de chaleur et de produire simultanement, a partir d'une source de chaleur à la temperature T"s, de la chaleur a la tempéra~ure T~'u(T"u c T"s) et de l'énergie frigori~ique.
Suivant les cas, l'utilisation de la chaleur ou du froid produit est simultanee à la consommation d'energie à
haute temperature (Ts, T's, T"s) ou differee dans le temps (e~fet de stockage).
Du document EP-A-0.382.586, on connaît un dispositif pour la production de froid et/ou de chaleur par réaction solide/gaz, comportant deux réacteurs contenant chacun un sel différent susceptible de réagir chimiquement avec un gaz dans des domaines de température et de pression adaptes, un evaporateur et un condensateur. Comme decrit dans ce document, le choix de deux sels places differemment dans le diagramme de Clapeyron permet, au cours d'une des phases du cycle de fonctionn~m~nt, d'utiliser la chaleur de reaction de synthèse du sel situé dans le domaine haute température pour e~fectuer la réaction de décomposition (nécessitant un apport d'energie) du sel situé dans le domaine des basses températures. Ce trans~ert de chaleur qui s'effectue par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur circulant entre les deux reacteurs a pour effet d'ameliorer l'ef~icacité
énergétique.
~ependant, cette efficacité amelioree du système ne satisfait pas totalement les exigences commerciales requises pour un tel système, par exemple, parce que le dispositi~
necessite de nombreuses vannes de commande.
Du document FR A-2653.541 on connaît un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par reaction solide-gaz comprenant des chambres de réaction contenant chacune un sel di~érent susceptible de réagir avec un gaz dans des domaines de temperature et de pression adaptés, un evaporateur et un condensateur. Le deroulement du cycle de fonctionnement permet, comme dans le cas du document EP-~-0.382.586, d'effectuer une phase de recuperation d'énergie interne entre les deux réacteurs solide-gaz. Toutefois, dans ~ CA 02223002 l997-l2-l8 ce cas, la gestion du cyle thermodynamique de fonctionnement, et notamment la phase de récupération, sont assurées par l'utilisation de plusieurs caloducs gravitationnels.
La présente invention a donc pour objet un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par réaction solide-gaz, qui est performant mais qui nécessite un nombre réduit de vannes ou de dispositifs annexes assurant le transfert de chaleur.
Pour répondre à cet objectif, llinvention propose un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par réaction chimique comprenant deux réacteurs renfermant chacun un sel associé ~Sl ; S2) susceptible de reagir chimiquement avec un gaz, et dispersé dans un support poreux, une enceinte destinée à recevoir le gaz des réacteurs et une enceinte destinée à délivrer le gaz aux réacteurs caractérisé en ce que les reacteurs sont disposés en contact direct et sont agencés afin que le transfert de chaleur entre eux se fasse uniquement par conduction.
La présente invention propose également un procédé
de mise en oeuvre de réactions chimiques entre au moins un sel et un gaz au sein d'un dispositi~ pour produire du froid et/ou de la chaleur, le dispositif comprenant deux réacteurs ren~ermant chacun un sel associe, dispose dans un support poreux, une enceinte destinée à recevoir le gaz des réacteurs, et une enceinte destinée à délivrer le gaz aux réacteurs, le procédé comprenant les étapes qui consistent a :
- faire évoluer une premier réacteur, en faisant réagir son sel avec le gaz, entre la pression de l'enceinte destinee a recevoir le gaz et la pression de l'enceinte destinee à delivrer le gaz, et simultanement, - faire evoluer le second reacteur, en faisant réagir son sel avec le gaz, entre la pression de l'enceinte destinée a recevoir le gaz et une pression inférieure à
celle de l'enceinte destinee à delivrer le gaz au premier reacteur.
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W097/40328 4 PCT~R97/00731 Les avantages, ainsi que le ~onctionnement de la presente invention appara~tront plus clairement à la lecture de la description suivante ~aite d'une manière non limitative en ré~érence aux dessins annexés, sur lesquels :
S - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositi~ pour produire du froid et/ou de la chaleur, selon l'invention ;
et - les figures 2 a 7 representent chacune un diagramme de Clapeyron illustrant le ~onctionnement de dispositifs selon llinvention.
Sur la figure 1 est represente un dispositif pour produire du ~roid et/ou de la chaleur, selon l'invention, comprenant deux chambres de reaction, ou réacteurs, 10 i 12, qui, dans llexemple illustré, sont cylindri~ues, llun des reacteurs, ici 12, de diamètre plus faible, etant dispose, sensiblement coaxialement à l'interieur de l'autre reacteur 10. Les deux reacteurs ont la meme longueur axiale et sont separes par une paroi 14, non poreuse.
~e dispositif comprend, en outre, un condenseur 16 et un evaporateur 18 relies par un conduit 20 muni d'un detendeur 22. Le condenseur et l'évaporateur 18 ~orment, ainsi, des enceintes destinées à recevoir et a libérer le gaz respectivement. Un ensemble de quatre vannes 24, 26, 28 et 30, permet de relier l'un ou l'autre des réacteurs 10, 12, sélectivement au condenseur 16 et à llévaporateur 18, par llintermédiaire de conduits 32 et 34. Dans llexemple présenté ~igure 1, une résistance electrique 36 est disposée axialement à llintérieur du réacteur 12 permettant de chauffer sélectivement celui-ci. Toutefois, le principe de fonctionnement du procédé slapplique évidemment à tout autre mode de chauffage du réacteur 12 qui peut, a titre d'exemples non limitatifs, consister en un brûleur a gaz, une circulation de fluide caloporteur a l'intérieur d'un conduit, ou un phénomene de condensation d'un fluide contenu dans un caloduc.
Enfin, le dispositif comprend, de plus, un ventilateur 38, disposé à une extrémité des réacteurs 10 et 12 permettant de les refroidir sélectivement. Là aussi, le W O 97/40328 5 PCT~FR97/00731 mode de refroidissement ne constitue qu'un exemple destiné à
illustrer le fonctionnement du procédé et tout autre type de refroidissement peut également être utilisé sans modifier le déroulement des différentes phases du cycle.
Les réacteurs 10 et 12 sont chacun munis d'un sel, respectivement S1 et S2, mélangé avec, ou dispersé dans un support poreux. Dans un mode de réalisation préféré, le support poreux comprend du graphite expansé recomprimé de densité se trouvant entre 0,05 et 0,5.
Le fonctionnement du dispositif sera maintenant décrit en se référant aux diagrammes de Clapeyron des ~igures 2 à 5.
L'état initial du cycle de fonctionnement du dispositif est représenté sur le diagramme de la figure 2. A
cet instant, les deux sels S1 et S2 ont effectué leur décomposition et se trouvent à la pression du condenseur 16, Pcond. La résistance électrique 36, en contact direct avec le sel S2, est sous tension et impose au sel S2 une température haute Th. Le ventilateur 38 est coupé. Le sel S1, disposé autour du réacteur 12 contenant le sel S2, est chauf~é par celui-ci jusqu'à une température se trouvant entre Th et sa température dléquilibre à la pression du condenseur 16, Te~ S1 ~Pcond). Les positions des reacteurs 10 et 12 sont représentées sur la figure 2 par des points 10, 12.
La première etape du procédé de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention est représentée sur la figure 3. Lors de cette étape, la résistance électrique 36 est coupée et le ventilateur 38 est mis en marche.
Le refroidissement du réacteur 10 contenant le sel S1 entraîne une diminution de sa température. Aussi, il traverse sa droite d'équilibre et passe en condition de synthèse. Il est alors isolé du condenseur. De ce fait la chute de température du réacteur 10 s'accompagne d'une diminution de sa pression, le sel suivant sa droite d'équilibre. Lorsque la pression du réacteur lo atteint la pression Pévap de l'évaporateur 18, ceux-ci sont mis en communication en ouvrant la vanne 30, les autres vannes - CA 02223002 l997-l2-l8 , W O 97/40328 6 PCT~FR97/00731 restant fermées. Le sel S1 e~ectue sa réaction de synthese impliquant une production de ~roid par évaporation a Tévap.
Le réacteur 12 contenant le sel S2 étant en contact thermique avec S1 par la paroi 14, le re~roidissement du réacteur lO contenant le sel S1 entraîne le re~roidissement du sel S2 qui traverse sa droite dléquilibre et passe en condition de synthèse. Le réacteur 12 est alors isolé du condenseur 16. De ce ~ait, la chute de température du réacteur 12 s'accompagne d'une diminution de sa pression, le ~0 sel S2 suivant sa droite d'équilibre. Le réacteur 12 se trouve, alors, à une pression in~érieure à celle (Pévap) de l'évaporateur 18.
Durant la phase de synthèse du se~ S1 le réacteur 12 contenant le sel S2 reste isolé de l'évaporateur 18, par la ~ermeture des vannes, emp~chant ainsi toute réaction. Il reste donc sur sa droite d'équilibre et du ~ait du contact thermique, par la paroi 14, avec l'intérleur du réacteur 10 contenant le sel S1, se trouve à une température proche de TeqSl(Pévap).
La deuxième étape du procédé est représentée sur la figure 4. Lors de cette étape, le ventilateur 38 est arrêté.
Le réacteur 12 contenant le sel S2 est mis en communication avec l'évaporateur placant ainsi le sel en condition de synthèse. La production de chaleur due à la réaction provoque la remontée en température de S2 qui se trouve alors à la pression Pévap et a une température proche de TeqS2(Pévap). La synthèse de S2 provoque par évaporation une production de froid à Tévap.
Le réacteur 10 contenant le sel S1 étant en contact thermique avec le réacteur 12 par la paroi 14, la remontée de température du sel S2 entraîne l~augmentation de température du sel S1. Le sel S1 traverse sa droite d'équilibre et se trouve en condition de décomposition. Le réacteur lO est alors isolé de l'évaporateur. De ce fait, llaugmentation de température du sel S1 s'accompagne d~une augmentation de pression, le sel suivant sa droite d~équilibre. Lorsque la pression du sel S1 atteint la pression du condenseur 16, ceux-ci sont mis en communication .
W097/40328 7 PCT~R97/00731 en ouvrant la vanne 26. Le sel Sl effectue sa décomposition, l'énergie nécessaire à la réaction étant directement apportee par contact thermique par la synthèse exothermique du sel S2.
Ensuite, on passe à la troisième etape du procede de mise en oeuvre du dispositif, representee sur la ~igure 5.
Au début de cette étape, la résistance électrique 36 est mise sous tension.
Le sel S2 est ainsi réchauf~é, traversant sa droite d'équilibre et se trouvant en condition de décomposition. ~e réacteur 12 est alors isolé de l'évaporateur. De ce fait l'augmentation de température du sel S2 s'accompagne d'une augmentation de pression, le sel suivant sa droite d'équilibre. Lorsque la pression du sel S2 attelnt la pression du condenseur 16 Pcond, ceux-ci sont mis en communication en ouvrant la vanne 24, les autres vannes restant fermées. Le sel S2 du réacteur 12 e~fectue sa décomposition.
Durant cette phase, le réacteur dont le sel Sl a dé~à effectué sa décomposition, reste en communication avec le condenseur 16 qui impose sa pression Pcond. Du fait du contact thermique entre les réacteurs 10 et 12, le réacteur 10 est rechauf~e de TeqSl(Pcond) a une temperature proche de TeqS2(Pcond).
Sur le cycle complet on e~fectue deux effets utiles de production de froid par évaporation correspondant aux synthèses des sels Sl et S2, et l'on fournit une quantite d'énergie correspondant à une seule décomposition (décomposition du sel S2). En négligeant les termes de chaleur sensible le calcul du COP idéal du cycle conduit donc ~ :
2.~Hévap COP idéal ~Hréaction Ce mode de récupération interne par contact thermique direct entre des sels places di~feremment dans le diagramme de Clapeyron peut aisement etre étendu au cas de trois sels réactifs Sl S2 et S3. Dans ce cas les réacteurs contenant les sels réacti~s seront constitués de trois W 097/40328 8 PCT~R97/00731 enceintes coaxiales. L'enceinte de diamètre le plus ~aible contient le sel réagissant à haute température ~S3), l'enceinte extérieure contient le sel réagissant à basse température (S1) et l'enceinte disposée entre les deux enceintes précedentes contient le sel reagissant à une temperature intermédiaire (S2). Dans le cas de l'utilisation de trois sels, le cycle, qui comprend une etape supplémentaire, permet d'effectuer trois effets utiles de production de froid par évaporation correspondant aux synthèses des sels S1 S2 et S3. Une quantité d'énergie correspondant à la décomposition du sel S3 est fournie.
Pour compléter la description precédente, on donne, ci-après, à titre non limitatif, deux exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les figures 6 et 7 représentent chacune un diagramme de Clapeyron analogue à
ceux des ~igures 2 à 5.
Le procedé schématisé sur la ~igure 6 est destiné à
produire du ~roid à un niveau de température de 5~C qui est adapté à la climatisation, la température ambiante étant de 35~C. ~e premier réacteur 10 contient du SrCl2 qui réagit avec 7 moles dlammoniac. Le deuxième réacteur 12 contient du FeCl2 qui présente un coefficient de stoechiométrie égal à
~. Sur la ~igure 6 sont indiquées en caractère gras les températures dléquilibre des deux sels aux pressions d'évaporation et de condensation, ainsi que leurs positions au cours des trois étapes qui caractérisent le déroulement du cycle de fonctionnement.
Sur la figure 7 est schematise un procede permettant de produire du froid à un niveau de température de -20~C. Ce procédé est particulièrement adapté à la congélation avec une température ambiante de 35~C. Le premier réacteur 10 contient du MnCl~ qui réagit avec 4 moles d'ammoniac. Le deuxième réacteur 12 contient du NiC12 qui présente un coefficient de stoechiometrie égal à 4. Sur la ~igure sont indiquées en caractère gras les tempêratures d'équilibre de ces deux sels aux pressions d'évaporation et de condensation, ainsi que leurs positions au cours des trois -.
W097/40328 9 PCT~R97/00731 étapes qui caractérisent le déroulement du cycle de ~onctionnement.
Dans un mode de réalisation alternatif, le condenseur 16 et l'évaporateur 18 peuvent être remplacés, chacun, par un réacteur, analogue aux reacteurs 10, 12. Les reacteurs ~orment respectivement une enceinte destinee à
recevoir le ~az, et une enceinte destinée à délivrer le gaz aux réacteurs (10, 12).
Pour compléter la description precédente, on donne, ci-après, à titre non limitatif, deux exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les figures 6 et 7 représentent chacune un diagramme de Clapeyron analogue à
ceux des ~igures 2 à 5.
Le procedé schématisé sur la ~igure 6 est destiné à
produire du ~roid à un niveau de température de 5~C qui est adapté à la climatisation, la température ambiante étant de 35~C. ~e premier réacteur 10 contient du SrCl2 qui réagit avec 7 moles dlammoniac. Le deuxième réacteur 12 contient du FeCl2 qui présente un coefficient de stoechiométrie égal à
~. Sur la ~igure 6 sont indiquées en caractère gras les températures dléquilibre des deux sels aux pressions d'évaporation et de condensation, ainsi que leurs positions au cours des trois étapes qui caractérisent le déroulement du cycle de fonctionnement.
Sur la figure 7 est schematise un procede permettant de produire du froid à un niveau de température de -20~C. Ce procédé est particulièrement adapté à la congélation avec une température ambiante de 35~C. Le premier réacteur 10 contient du MnCl~ qui réagit avec 4 moles d'ammoniac. Le deuxième réacteur 12 contient du NiC12 qui présente un coefficient de stoechiometrie égal à 4. Sur la ~igure sont indiquées en caractère gras les tempêratures d'équilibre de ces deux sels aux pressions d'évaporation et de condensation, ainsi que leurs positions au cours des trois -.
W097/40328 9 PCT~R97/00731 étapes qui caractérisent le déroulement du cycle de ~onctionnement.
Dans un mode de réalisation alternatif, le condenseur 16 et l'évaporateur 18 peuvent être remplacés, chacun, par un réacteur, analogue aux reacteurs 10, 12. Les reacteurs ~orment respectivement une enceinte destinee à
recevoir le ~az, et une enceinte destinée à délivrer le gaz aux réacteurs (10, 12).
Claims (5)
1 - Dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par réaction chimique comprenant deux réacteurs (10 ;12) renfermant chacun un sel associé (S1 ; S2) susceptible de réagir chimiquement avec un gaz, et dispersé dans un support poreux, une enceinte (16) destinée à recevoir le gaz des réacteurs (10 ; 12) et une enceinte (18) destinée à délivrer le gaz aux réacteurs caractérisé en ce que les réacteurs (10 ; 12) sont disposés en contact direct et sont agencés afin que le transfert de chaleur entre eux se fasse uniquement par conduction.
2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un des réacteurs (12) est disposé à l'intérieur de l'autre réacteur (10).
3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'enceinte destinée à recevoir le gaz des réacteurs (10 ; 12) comprend un condenseur (16), l'enceinte destinée a délivrer le gaz aux réacteurs comprenant un évaporateur (18).
4 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'enceinte destinée à recevoir le gaz des réacteurs (10 ; 12) et l'enceinte destinée à délivrer le gaz aux réacteurs comprennent chacun un réacteur associé
(16 ; 18).
(16 ; 18).
5 - Procédé de mise en oeuvre de réactions chimiques entre au moins un sel et un gaz au sein d'un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur, le dispositif comprenant deux réacteurs renfermant chacun un sel associé, disposé dans un support poreux, une enceinte destinée à recevoir le gaz des réacteurs, et une enceinte destinée à délivrer le gaz aux réacteurs, le procédé comprenant les étapes qui consistent à :
- faire évoluer une premier réacteur, en faisant réagir son sel avec le gaz, entre la pression de l'enceinte destinée à recevoir le gaz et la pression de l'enceinte destinée à délivrer le gaz, et simultanément, - faire évoluer le second réacteur, en faisant réagir son sel avec le gaz, entre la pression de l'enceinte destinée à recevoir le gaz et une pression inférieure à
celle de l'enceinte destinée à délivrer le gaz au premier réacteur.
- faire évoluer une premier réacteur, en faisant réagir son sel avec le gaz, entre la pression de l'enceinte destinée à recevoir le gaz et la pression de l'enceinte destinée à délivrer le gaz, et simultanément, - faire évoluer le second réacteur, en faisant réagir son sel avec le gaz, entre la pression de l'enceinte destinée à recevoir le gaz et une pression inférieure à
celle de l'enceinte destinée à délivrer le gaz au premier réacteur.
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|---|---|
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| US4875346A (en) * | 1989-01-31 | 1989-10-24 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Two-statge sorption type cryogenic refrigerator including heat regeneration system |
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- 1997-04-24 KR KR1019970709717A patent/KR19990028401A/ko not_active Application Discontinuation
- 1997-04-24 JP JP9537797A patent/JPH11508351A/ja active Pending
- 1997-04-24 WO PCT/FR1997/000731 patent/WO1997040328A1/fr not_active Application Discontinuation
- 1997-04-24 CA CA002223002A patent/CA2223002A1/fr not_active Abandoned
- 1997-04-24 EP EP97921874A patent/EP0835414A1/fr not_active Ceased
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