EP0835414A1 - Dispositif thermochimique pour produire du froid et/ou de la chaleur - Google Patents

Dispositif thermochimique pour produire du froid et/ou de la chaleur

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EP0835414A1
EP0835414A1 EP97921874A EP97921874A EP0835414A1 EP 0835414 A1 EP0835414 A1 EP 0835414A1 EP 97921874 A EP97921874 A EP 97921874A EP 97921874 A EP97921874 A EP 97921874A EP 0835414 A1 EP0835414 A1 EP 0835414A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
reactors
salt
heat
reactor
Prior art date
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Ceased
Application number
EP97921874A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Vincent Goetz
Bernard Spinner
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Societe National Elf Aquitaine
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Filing date
Publication date
Application filed by Societe National Elf Aquitaine filed Critical Societe National Elf Aquitaine
Publication of EP0835414A1 publication Critical patent/EP0835414A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
    • F25B17/083—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt with two or more boiler-sorbers operating alternately
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B35/00—Boiler-absorbers, i.e. boilers usable for absorption or adsorption
    • F25B35/04—Boiler-absorbers, i.e. boilers usable for absorption or adsorption using a solid as sorbent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a device for producing cold and / or heat by solid-gas reaction.
  • the device targeted by the invention is based on the use of the so-called “thermochemical pump” system, the main characteristics of which are as follows: - a “reversible reaction” between a solid and a gas of the type is used as “chemical engine” : 1
  • reaction is exothermic in direction 1, which means that in this direction, it produces heat and endothermic in direction 2, that is to say that in this direction it produces cold.
  • Such a system allows energy storage in chemical form and has various fields of application.
  • such a system allows the production, from a heat source at the temperature Ts, of heat at the temperature Tu such that:
  • the system is called a "chemical heat pump”.
  • Such a system also allows the production, from a heat source at temperature T's, of heat at temperature T'u such that: T'u> T's
  • the system is called “chemical thermo transformer”. Thanks to this system, it is possible to produce cooling energy from a heat source and simultaneously produce, from a heat source at temperature T "s, heat at temperature T "u (T" u ⁇ T "s) and cooling energy.
  • the choice of two salts placed differently in the Clapeyron diagram allows, during one of the phases of the operating cycle, to use the heat of reaction of synthesis of the salt located in the high temperature range to carry out the decomposition reaction (requiring an energy supply) of the salt located in the low temperature range.
  • This heat transfer which takes place via a flu ide coolant circulating between the two reactors has the effect of improving energy efficiency.
  • Document FR A-2653.541 discloses a device for producing cold and / or heat by solid-gas reaction comprising reaction chambers each containing a different salt capable of reacting with a gas in suitable temperature and pressure ranges , an evaporator and a condenser.
  • the course of the operating cycle makes it possible, as in the case of document EP-A-0.382.586, to carry out an internal energy recovery phase between the two solid-gas reactors.
  • the management of the thermodynamic operating cycle, and in particular the recovery phase are ensured by the use of several gravitational heat pipes.
  • the present invention therefore relates to a device for producing cold and / or heat by solid-gas reaction, which is efficient but which requires a reduced number of valves or of ancillary devices ensuring the transfer of heat.
  • the invention provides a device for producing cold and / or heat by chemical reaction comprising two reactors each containing an associated salt (SI; S2) capable of reacting chemically with a gas, and dispersed in a porous support, an enclosure intended to receive the gas of the reactors and an enclosure intended to deliver the gas to the reactors characterized in that the reactors are arranged in direct contact and are arranged so that the transfer of heat between them takes place only by conduction.
  • SI associated salt
  • the present invention also provides a process for carrying out chemical reactions between at least one salt and a gas within a device for producing cold and / or heat, the device comprising two reactors each containing an associated salt, disposed in a porous support, an enclosure intended to receive the gas of the reactors, and an enclosure intended to deliver the gas to the reactors, the process comprising the steps which consist in: developing a first reactor, by reacting its salt with the gas , between the pressure of the enclosure intended to receive the gas and the pressure of the enclosure intended to deliver the gas, and simultaneously, make the second reactor evolve, by reacting its salt with the gas, between the pressure of the enclosure intended to receive the gas and a pressure lower than that of the enclosure intended to deliver the gas to the first reactor.
  • FIG. 1 is a schematic view of a device for produce cold and / or heat, according to the invention.
  • FIG. 2 to 7 each represent a Clapeyron diagram illustrating the operation of devices according to the invention.
  • FIG. 1 shows a device for producing cold and / or heat, according to the invention, comprising two reaction chambers, or reactors, 10; 12, which, in the example illustrated, are cylindrical, one of the reactors, here 12, of smaller diameter, being disposed, substantially coaxially inside the other reactor 10.
  • the two reactors have the same length axial and are separated by a non-porous wall 14.
  • the device further comprises a condenser 16 and an evaporator 18 connected by a conduit 20 provided with a regulator 22.
  • the condenser and the evaporator 18 thus form enclosures intended to receive and release the gas respectively.
  • a set of four valves 24, 26, 28 and 30 makes it possible to connect one or other of the reactors 10, 12, selectively to the condenser 16 and to the evaporator 18, by means of conduits 32 and 34.
  • an electrical resistance 36 is disposed axially inside the reactor 12 making it possible to selectively heat the latter.
  • the principle of operation of the process obviously applies to any other mode of heating the reactor 12 which may, by way of nonlimiting examples, consist of a gas burner, a circulation of heat transfer fluid inside a conduit, or a phenomenon of condensation of a fluid contained in a heat pipe.
  • the device further comprises a fan 38, disposed at one end of the reactors 10 and 12 enabling them to be cooled selectively.
  • the cooling mode is only an example intended to illustrate the operation of the process and any other type of cooling can also be used without modifying the course of the various phases of the cycle.
  • the reactors 10 and 12 are each provided with a salt, respectively SI and S2, mixed with, or dispersed in a porous support.
  • the porous support comprises recompressed expanded graphite with a density between 0.05 and 0.5.
  • the initial state of the device operating cycle is shown in the diagram in FIG. 2.
  • the two salts S1 and S2 have carried out their decomposition and are at the pressure of the condenser 16, Pcond.
  • the electrical resistance 36 in direct contact with the salt S2, is energized and imposes on the salt S2 a high temperature Th.
  • the fan 38 is switched off.
  • the salt SI arranged around the reactor 12 containing the salt S2, is heated by the latter to a temperature between Th and its equilibrium temperature at the pressure of the condenser 16, Teq SI (Pcond).
  • the positions of the reactors 10 and 12 are represented in FIG. 2 by points 10, 12.
  • the first step of the method of implementing the device according to the invention is shown in FIG. 3. During this step, the electrical resistance 36 is cut and the fan 38 is started. The cooling of the reactor 10 containing the salt
  • IF causes a decrease in its temperature. Also, it crosses its line of equilibrium and goes into synthesis condition. It is then isolated from the condenser. Therefore the temperature drop of the reactor 10 is accompanied by a decrease in its pressure, the salt following its equilibrium line. When the pressure of the reactor 10 reaches the pressure Pevap of the evaporator 18, these are brought into communication by opening the valve 30, the other valves remaining closed.
  • the SI salt performs its synthesis reaction involving production of cold by evaporation at Tevap.
  • the reactor 12 containing the salt S2 being in thermal contact with SI by the wall 14, the cooling of the reactor 10 containing the salt SI causes the cooling of the salt S2 which crosses its equilibrium line and goes into synthesis condition.
  • the reactor 12 is then isolated from the condenser 16. As a result, the temperature drop of the reactor 12 is accompanied by a decrease in its pressure, the salt S2 following its equilibrium line.
  • the reactor 12 is then at a pressure lower than that (Pévap) of the evaporator 18.
  • the reactor 12 containing the salt S2 remains isolated from the evaporator 18, by closing the valves, thus preventing any reaction. It therefore remains on its equilibrium line and due to the thermal contact, through the wall 14, with the interior of the reactor 10 containing the salt SI, is at a temperature close to TeqSl (Pevap).
  • the second step of the method is shown in FIG. 4. During this step, the fan 38 is stopped.
  • the reactor 12 containing the salt S2 is placed in communication with the evaporator thus placing the salt in the synthesis condition.
  • the production of heat due to the reaction causes the temperature of S2 to rise, which is then at the Pévap pressure and at a temperature close to TeqS2 (Pévap).
  • the synthesis of S2 causes evaporation to produce cold at Tévap.
  • the reactor 10 containing the salt SI is in thermal contact with the reactor 12 via the wall 14, the rise in temperature of the salt S2 causes the temperature of the salt SI to increase.
  • Salt SI crosses its equilibrium line and is in a condition of decomposition.
  • the reactor 10 is then isolated from the evaporator. Therefore, the increase in temperature of the salt SI is accompanied by an increase in pressure, the salt following its equilibrium line.
  • the pressure of the salt SI reaches the pressure of the condenser 16, these are put in communication by opening the valve 26.
  • the salt SI performs its decomposition, the energy necessary for the reaction being directly supplied by thermal contact by the exothermic synthesis of the salt S2.
  • the electrical resistance 36 is energized.
  • Salt S2 is thus reheated, crossing its equilibrium line and being in a condition of decomposition.
  • the reactor 12 is then isolated from the evaporator. Therefore the increase in temperature of the salt S2 is accompanied by an increase in pressure, the salt following its equilibrium line.
  • the pressure of the salt S2 reaches the pressure of the condenser 16 Pcond, these are brought into communication by opening the valve 24, the other valves remaining closed.
  • the salt S2 of reactor 12 performs its decomposition.
  • This internal recovery mode by direct thermal contact between salts placed differently in the Clapeyron diagram can easily be extended to the case of three reactive salts SI S2 and S3.
  • the reactors containing the reactive salts will consist of three coaxial speakers.
  • the enclosure with the smallest diameter contains the salt reacting at high temperature (S3)
  • the outer enclosure contains the salt reacting at low temperature (SI)
  • the enclosure placed between the two preceding enclosures contains the salt reacting at a temperature intermediate (S2).
  • the cycle which includes an additional step, makes it possible to carry out three useful effects of production of cold by evaporation corresponding to the syntheses of the salts SI S2 and S3. An amount of energy corresponding to the decomposition of salt S3 is supplied.
  • Figures 6 and 7 each represent a Clapeyron diagram similar to those of Figures 2 to 5.
  • the process shown schematically in Figure 6 is intended to produce cold at a temperature level of 5 ° C which is suitable for air conditioning, the ambient temperature being 35 ° C.
  • the first reactor 10 contains SrCl2 which reacts with 7 moles of ammonia.
  • the second reactor 12 contains FeCl2 which has a stoichiometric coefficient equal to
  • FIG. 7 is schematized a process making it possible to produce cold at a temperature level of -20 ° C. This process is particularly suitable for freezing with an ambient temperature of 35 ° C.
  • the first reactor 10 contains MnCl2 which reacts with 4 moles of ammonia.
  • the second reactor 12 contains NiCl2 which has a stoichiometric coefficient equal to 4. In the figure are indicated in bold the equilibrium temperatures of these two salts at the pressures of evaporation and of condensation, as well as their positions during the three O 97/40328 9 PC ⁇ 7FR97 / 00731
  • the condenser 16 and the evaporator 18 can each be replaced by a reactor, similar to the reactors 10, 12.
  • the reactors respectively form an enclosure intended to receive the gas, and an enclosure intended to deliver the gas at the reactors (10, 12).

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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

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 réaction solide- gaz. Le dispositif visé par 1 ' invention est basé 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 : 1
<Solide A> + (G) > <solide B>
<
2 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 température Ts, de chaleur à la température Tu telle que :
Tu < Ts Dans ce cas, le système est appelé "pompe à chaleur chimique" .
Un tel système permet également la production, à partir d'une source de chaleur à la température 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". Grâce à ce système, il est possible de produire de l'énergie frigorifique à partir d'une source de chaleur et de produire simultanément, à partir d'une source de chaleur à la température T"s, de la chaleur à la température T"u(T"u < T"s) et de l'énergie frigorifique.
Suivant les cas, l'utilisation de la chaleur ou du froid produit est simultanée à la consommation d'énergie à haute température (Ts, T's, T"s) ou différée dans le temps (effet 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 adaptés, un évaporateur et un condensateur. Comme décrit dans ce document, le choix de deux sels placés différemment dans le diagramme de Clapeyron permet, au cours d'une des phases du cycle de fonctionnement, d'utiliser la chaleur de réaction de synthèse du sel situé dans le domaine haute température pour effectuer la réaction de décomposition (nécessitant un apport d'énergie) du sel situé dans le domaine des basses températures. Ce transfert de chaleur qui s'effectue par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur circulant entre les deux réacteurs a pour effet d'améliorer l'efficacité énergétique.
Cependant, cette efficacité améliorée du système ne satisfait pas totalement les exigences commerciales requises pour un tel système, par exemple, parce que le dispositif nécessite 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 réaction solide-gaz comprenant des chambres de réaction contenant chacune un sel différent susceptible de réagir avec un gaz dans des domaines de température et de pression adaptés, un évaporateur et un condensateur. Le déroulement du cycle de fonctionnement permet, comme dans le cas du document EP-A- 0.382.586, d'effectuer une phase de récupération d'énergie interne entre les deux réacteurs solide-gaz. Toutefois, dans 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, l'invention propose un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par réaction chimique comprenant deux réacteurs renfermant chacun un sel associé (SI ; S2) susceptible de réagir 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 réacteurs 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 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. Les avantages, ainsi que le fonctionnement de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite d'une manière non limitative en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur, selon l'invention ; et
- les figures 2 à 7 représentent chacune un diagramme de Clapeyron illustrant le fonctionnement de dispositifs selon l'invention.
Sur la figure 1 est représenté un dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur, selon l'invention, comprenant deux chambres de réaction, ou réacteurs, 10 ; 12, qui, dans l'exemple illustré, sont cylindriques, l'un des réacteurs, ici 12, de diamètre plus faible, étant disposé, sensiblement coaxialement à l'intérieur de l'autre réacteur 10. Les deux réacteurs ont la même longueur axiale et sont séparés par une paroi 14, non poreuse.
Le dispositif comprend, en outre, un condenseur 16 et un évaporateur 18 reliés par un conduit 20 muni d'un détendeur 22. Le condenseur et 1 ' évaporateur 18 forment, ainsi, des enceintes destinées à recevoir et à 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 1 ' évaporateur 18, par l'intermédiaire de conduits 32 et 34. Dans l'exemple présenté figure 1, une résistance électrique 36 est disposée axialement à l'intérieur du réacteur 12 permettant de chauffer sélectivement celui-ci. Toutefois, le principe de fonctionnement du procédé s'applique évidemment à tout autre mode de chauffage du réacteur 12 qui peut, à titre d'exemples non limitatifs, consister en un brûleur à gaz, une circulation de fluide caloporteur à l'intérieur d'un conduit, ou un phénomène 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 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 SI 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 figures 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 SI 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 SI, disposé autour du réacteur 12 contenant le sel S2, est chauffé par celui-ci jusqu'à une température se trouvant entre Th et sa température d'équilibre à la pression du condenseur 16, Teq SI (Pcond) . Les positions des réacteurs 10 et 12 sont représentées sur la figure 2 par des points 10, 12.
La première étape 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
SI 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 10 atteint la pression Pévap de 1 'évaporateur 18, ceux-ci sont mis en communication en ouvrant la vanne 30, les autres vannes restant fermées. Le sel SI effectue sa réaction de synthèse impliquant une production de froid par évaporâtion à Tévap.
Le réacteur 12 contenant le sel S2 étant en contact thermique avec SI par la paroi 14, le refroidissement du réacteur 10 contenant le sel SI entraîne le refroidissement du sel S2 qui traverse sa droite d'équilibre et passe en condition de synthèse. Le réacteur 12 est alors isolé du condenseur 16. De ce fait, la chute de température du réacteur 12 s'accompagne d'une diminution de sa pression, le sel S2 suivant sa droite d'équilibre. Le réacteur 12 se trouve, alors, à une pression inférieure à celle (Pévap) de 1 'évaporateur 18.
Durant la phase de synthèse du sel SI le réacteur 12 contenant le sel S2 reste isolé de 1 ' évaporateur 18, par la fermeture des vannes, empêchant ainsi toute réaction. Il reste donc sur sa droite d'équilibre et du fait du contact thermique, par la paroi 14, avec l'intérieur du réacteur 10 contenant le sel SI, 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 1 ' évaporateur plaçant 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 à 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 SI 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 SI. Le sel SI traverse sa droite d'équilibre et se trouve en condition de décomposition. Le réacteur 10 est alors isolé de 1 'évaporateur. De ce fait, l'augmentation de température du sel SI s'accompagne d'une augmentation de pression, le sel suivant sa droite d'équilibre. Lorsque la pression du sel SI atteint la pression du condenseur 16, ceux-ci sont mis en communication en ouvrant la vanne 26. Le sel SI effectue sa décomposition, l'énergie nécessaire à la réaction étant directement apportée par contact thermique par la synthèse exothermique du sel S2. Ensuite, on passe à la troisième étape du procédé de mise en oeuvre du dispositif, représentée sur la figure 5.
Au début de cette étape, la résistance électrique 36 est mise sous tension.
Le sel S2 est ainsi réchauffé, traversant sa droite d'équilibre et se trouvant en condition de décomposition. Le réacteur 12 est alors isolé de 1 '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 atteint 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 effectue sa décomposition.
Durant cette phase, le réacteur dont le sel SI a déjà 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 réchauffé de TeqSl (Pcond) à une température proche de TeqS2 (Pcond) . Sur le cycle complet on effectue deux effets utiles de production de froid par évaporation correspondant aux synthèses des sels SI et S2, et l'on fournit une quantité 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 à :
2.ΔHévap COP idéal " ΔHréaction
Ce mode de récupération interne par contact thermique direct entre des sels placés différemment dans le diagramme de Clapeyron peut aisément être étendu au cas de trois sels réactifs SI S2 et S3. Dans ce cas les réacteurs contenant les sels réactifs seront constitués de trois enceintes coaxiales. L'enceinte de diamètre le plus faible contient le sel réagissant à haute température (S3) , l'enceinte extérieure contient le sel réagissant à basse température (SI) et l'enceinte disposée entre les deux enceintes précédentes contient le sel réagissant à une température intermédiaire (S2) . Dans le cas de l'utilisation de trois sels, le cycle, qui comprend une étape supplémentaire, permet d'effectuer trois effets utiles de production de froid par évaporation correspondant aux synthèses des sels SI S2 et S3. Une quantité d'énergie correspondant à la décomposition du sel S3 est fournie.
Pour compléter la description précédente, 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 figures 2 à 5.
Le procédé schématisé sur la figure 6 est destiné à produire du froid à un niveau de température de 5°C qui est adapté à la climatisation, la température ambiante étant de 35°C. Le premier réacteur 10 contient du SrCl2 qui réagit avec 7 moles d'ammoniac. Le deuxième réacteur 12 contient du FeCl2 qui présente un coefficient de stoechiométrie égal à
4. Sur la figure 6 sont indiquées en caractère gras les températures d'équilibre 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 schématisé un procédé 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 MnCl2 qui réagit avec 4 moles d'ammoniac. Le deuxième réacteur 12 contient du NiCl2 qui présente un coefficient de stoechiométrie égal à 4. Sur la figure sont indiquées en caractère gras les températures d'équilibre de ces deux sels aux pressions d' évaporation et de condensation, ainsi que leurs positions au cours des trois O 97/40328 9 PCÏ7FR97/00731
étapes qui caractérisent le déroulement du cycle de fonctionnement.
Dans un mode de réalisation alternatif, le condenseur 16 et l'évaporateur 18 peuvent être remplacés, chacun, par un réacteur, analogue aux réacteurs 10, 12. Les réacteurs forment respectivement une enceinte destinée à recevoir le gaz, et une enceinte destinée à délivrer le gaz aux réacteurs (10, 12) .

Claims

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1 - Dispositif pour produire du froid et/ou de la chaleur par réaction chimique comprenant deux réacteurs (10 ;12) renfermant chacun un sel associé (SI ; 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) .
- 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 à 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) .
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.
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