FR2474662A1

FR2474662A1 - Procede et appareil pour commander la temperature d'une source thermique en utilisant des radiations solaires comme source d'energie principale

Info

Publication number: FR2474662A1
Application number: FR8001687A
Authority: FR
Inventors: Charles A Berg
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1978-10-10
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1981-07-31
Also published as: AU514947B2; FR2471562A1; US4199952A; AU5487880A; US4187688A

Abstract

LE PROCEDE ET LE DISPOSITIF SELON L'INVENTION METTENT EN OEUVRE UN CYCLE DE POMPE A CHALEUR INTERMITTENT A EFFET CHIMIQUE (ADSORPTION) A L'AIDE D'UN MODE DE REALISATION COMPRENANT UNE ENVELOPPE TUBULAIRE 100 FORMANT DES PREMIERE ET SECONDE CHAMBRES 102, 104 SEPAREES PAR UNE VANNE 10. UNE MATIERE ADSORBANTE SOLIDE 103, COMME PAR EXEMPLE DU GEL DE SILICE, EST PLACEE DANS LA PREMIERE CHAMBRE DE TELLE SORTE QU'UN TRANSFERT DE CHALEUR ET DE MASSE AIT LIEU DANS CETTE MATIERE. DES ECHANGEURS DE CHALEUR 126, 130 ASSURENT UNE COMMUNICATION THERMIQUE ENTRE LES CHAMBRES RESPECTIVES ET DES CONDUITS 116, 118 ASSURENT UN RACCORDEMENT AVEC UN SYSTEME DE DISTRIBUTION DE CHALEUR D'UN IMMEUBLE.

Description

1,. La présente invention concerne un nouveau système pompe à

chaleur/dispositif de réfrigération qui utilise l'énergie

solaire comme source d'énergie primaire et est capable d'as-

surer les besoins en chauffage et en refroidissement de l'espace intérieur d'un inmmeuble. L'idée d'utiliser l'a chaleur modérée, (environ 93OC),

que peuvent fournir les capteurs d'énergie solaire pour chauf-

fer l'atmosphère'et pour faire fonctionner des dispositifs de réfrigération par absorption pour la climatisation ou le refroidissement de l'air est connue. D'une façon générale, les tentatives faites pour exploiter cétte idée ont eu recours

à un capteur dténergie solaire simplement pour fournir l'éner-

gie qui est nécessaire pour faire fonctionner le matériel classique de chauffage et de refroidissement. En particulier, ].5 on a mis en oeuvre le chauffage solaire soit par transfert direct de la chaleur ducapteur d'énergie solaire à l'espace a chauffer, cela par l'intermédiaire de tuyaux ou conduits classiques, soit en utilisant l'énergie solaire pour fournir une chaleur modérée en vue de seconder l'évaporateur d'une pompe à chaleur à compression de vapeur (la pompe à chaleur

secondée par l'énergie solaire) qui par ailleurs est classique.

Pendant les trente dernières années, le refroidissement à l'aide d'énergie solaire a été basé principalement sur l'idée d'utiliser la chaleur solaire comme énergie d'alimentation pour les installations classiques de conditionnement d'air par absorption (cycle continu) Dans les systèmes connus de chauffage/refroidissement par énergie solaire; il est nécessaire d'assurer un stockage d'énergie thermique dans un moyen auxiliaire séparé, de façon typique sous la forme d'une chaleur sensible emmagasinée dans un réservoir d'eau ou analogue. De plus, l'énergie solaire a été utilisée simplement pour remplacer ou pour compléter l'énergie qui, normalement, est engendrée dans des installations de chauffage classiques ou est utilisée pour alimenter un matériel de refroidissement. Le système typique alimenté par de l'énergie solaire s'est donc révélé assez coûteux car il

comprend tous les éléments constitutifs des systèmes clas-

siques de chauffage et de refroidissement avec, en plus, des

2474662.

capteurs d'énergie solaire, un matériel auxiliaire de stockage d'énergie thermique, et des moyens de commande spéciaux. De plus, il est nécessaire d'installer une capacité de chauffage et de refroidissement d'attente en prévision des périodes de faible insolation. Ceci, d'une façon générale, exige des investissements supplémentaires en matériels classiques, par exemple un four supplémentaire ou une pompe à chaleur de beaucoup plus grande dimension. Il est également nécessaire que l'on dispose d'une source d'énergie classique sûre pendant les périodes de faible insolation. Des connexions

au réseau de distribution d'énergie doivent donc être main-

tenues à une capacité suffisante pour'fournir tous les services nécessaires indépendamment du système alimenté en énergie solaire. Ces besoins placent l'éxiergie solaire dans une situation désavantageuse par rapport aux formes d'énergie classiques, même si l'on tient compte des prix ordinaires élevés-de l'énergie.' Certains aspects de la conception des systèmes classiques sont défavorables. Par exemple, alors que l'alimentation en 20. énergie solaire est intermittente de façon inhérente, tous les matériels de chauffage et de refroidissement classiques, spécialement les pompes à chaleur à compression de vapeur et les conditionneurs d'air à absorption, sont conçus pour fonctionner avec une énergie fournie de façon continue (par exemple l'électricité, le gaz). Toutefois, ceci ne constitue

pas une nécessité mais une commodité. Les machines de réfri-

gération primitives"à effet ohmique" (c'est-à-dire les dis-

positifs de réfrigération dans.lesquels on utilise des effets chimiques pour remplacer le travail mécanique exigé par les dispositifs à compression de vapeur)- qui fonctionnaient avec un cycle intermittent ont donc' été remplacées sur le marché par des dispositifs fonctionnant avec un cycle continu Comme, par exemple, les réfrigérateurs à compression de vapeur ou les conditionneurs d'air et par des machines à effet chimique utilisant des cycles tels que le cycle à absorption d'ammoniac en continu. Ces derniers dispositifs pouvaient fonctionner d'une façon continue et étaient mieux adaptés pour être utilisés avec les moyens de commande alors disponibles. Des exemples de dispositifs à effet chimique à cycle intermittent sont décrits dans les brevets US n0 1 873 390; 1 910 970;

1 936 039; 2 138 686; 2 622 413; et 3 270 512.

Avant 1940, de nombreux dispositifs de réfrigération utilisant des cycles intermittents de réfrigération par effet

chimique similaires à ceux décrits clans les brevets mention-

nés ci-dessus étaient fabriqués et vendus dans le commerce.

Le réfrigérateur à cycle intermittent le plus fameux vendu aux Etats-Unis était le dispositif "Icybal1". Ce dispositif consistait en un système fermé comportant une paire de chambres généralement sphériques raccordées par un tube en U et contenant une paire absorbant/absorbat, c'est-à-dire un réfrigérant tel que l'ammoniac (l'absorbat) et de l'eau (l'absorbant). Pour utiliser le dispositif "Icyball", on chauffait la sphère du générateur qui contenait une solution d'ammoniac concentrée pour extraire une vapeur riche en ammoniac, vapeur qui émigrait vers la sphère du condenseur

et se condensait dans celle-ci. On plaçait ensuite le dis-

positif de telle sorte que la sphère du condenseur se trouvât dans une armoire de réfrigération et la sphère du générateur à l'extérieur de cette armoire. Au fur et à mesure que l'eau se refroidissait dans la sphère du générateur, son affinité pour l'ammoniac augmentait considérablement (la tension de vapeur de l'ammoniac diminuait) et l'ammoniac condensé bouillait en extrayant de la chaleur de l'armoire de réfrigération et était absorbée par-la solution contenue dans la sphère du générateur.Ouand le réfrigérant avait été absorbé de nouveau, la "liqueur faiblement concentrée" restant dans la sphère du condenseur était transférée dans la silière du générateur et le cycle pouvait être répété. Le tube raccordant les deux chambres du dispositif "Icybali" comportait un étranglement qui diminuait l'écoulement de la vapeur pendant son retour à la sphère du générateur au cours de la phase de réabsorEU.on

(réfrigération) du cycle. Ceci prolongeait le cycle de réfri-

gération.

Le développement technique des machines de réfrigération à cycle intermittent a été. largement stagnant pendant presque ans. Toutefois, les machiines à cycle intermittent sont

2474662!

généralement plus simples et moins coûteuses que les machines à cycle continu et,- du fait que l'énergie solaire est de façon inhérente une source d'énergie intermittente, une machine à cycle intermittent alimentée par le soleil ne se trouverait pas dans une situation désavantageuse dans une compétition

avec une machine conçue pour un fonctionnement à cycle continu.

On a utilisé la chaleur perdue- engendrée par les processus

industriels pour actionner les systèmes de conditionnement d'air --

et de réfrigération-qui fonctionnent à là fois avec des cycles d'absorption utilisant une matière absorbante liquide et avec des cycles d'adsorption utilisant un adsorbant solide. Bien que ces cycles aient lieu d'une manière fondamentalement identique, avec le premier type de ces cycles, il est nécessaire à un certain moment de renvoyer à l'aide d'une pompe l'absorbant

liquide résiduel dans la chambre du système o à lieu la désorp-

tion. Cette opération n'est pas nécessaire avec le dernier type de ces cycles, étant dônx'é que les adsorbants sont de façon typique des matières non volatiles tels que le gel de silice,

le charbon de bois, ou autres substances analogues.

La présente invention utilise les effets d'absorption'ou d'adsorption dans un cycle intermittent similaire au cycle du dispositif Icyball pour donner un procédé et un appareil destinés à la fois au chauffage et au refroidissement par utilisation des radiations solaires comme source d'énergie principale. Le procédé se prête à une commande automatique, n'exige aucun système de chauffage-d'appoint supplémentaire et possède des capacités de stockage thermique inhérentes. Quand il est mis en oeuvre dans le mode chauffage, le procédé donne lieu au transfert dans l'immeuble d'une quantité de chaleur plus grande que celle qui est recueillie à partir du soleil (il agit comme une pompe à chaleur). Le cycle peut être utilisé pour le chauffage de locaux et pour le conditionnement d'air ainsi que pour fournir

une réfrigération sous une température modérément basse.

Dans ses aspects les plus -larges, le procédé selon la présente invention consiste à utiliser un capteur d'énergie solaire et une enveloppe fermée de façon étanche et définissant

des première et seconde chambres séparées par une vanne.

L'enveloppe contient un réfrigérant de travail (adsorbat) qui, au début du cycle, est contenu dans une matière adsorbante logée 2474662l dans la première chambre. On déclenche-le cycle de chauffage en utilisant l'énergie solaire captée pendant des périodes d'insolation de manière à désorber le réfrigérant de l'adsorbant dans la première chambre et en permettant à la vapeur engendrée d'émigrer vers la seconde chambre. Dans la seconde chambre, la vapeur de réfrigérant est condensée, sa chaleur de condensation étant utilisée pour chauffer l'intérieur de l'immeuble. On ferme alors la vanne séparant les deux chambres et la chaleur est transférée de l'adsorbant (présent dans la première chambre) jusqu'à l'immeuble pour abaisser la tension de vapeur du réfrigérant présent dans la première chambre. Ensuite, on ouvre momentanément la vanne pendant un temps suffisant pour refroidir le réfrigérant condensé qui y est contenu par évaporation instantanée jusqu'à une température inférieure à la

température de l'atmosphère. La vapeur de réfrigérant provenant -

de l'évaporation est adsorbée dans la matière adsorbante alors refroidie et sèvhe et ord utilise la chaleur d'adsorption libérée pour chauffer l'immeuble. On peut alors vaporiser à une allure réglée le réfrigérant refroidi restant dans la seconde chambre en utilisant la chaleur extraite de l'atmosphère pour lui fournir sa chaleur de vaporisation. On laisse la vapeur de réfrigérant résultante émigrer de nouveau en sens inverse jusqu'à la première chambre o elle est réadsorbée de façon exothermique. Sa chaleur d'adsorption est transférée jusqu'à l'immeuble par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur. Comme on peut le comprendre d'après l'explication qui précède, non seulement la chaleur solaire captée mais également la chaleur extraite de l'atmosphère sont fournies à l'intérieur de l'immeuble.

Pour optimiser le rendement en énergie du cycle, on com-

mande, c'est-à-dire règle, pendant la réabsorption du réfri-

gérant dans la matière adsorbante, l'allure de l'échange de chaleur entre la première chambre et le fluide caloporteur de manière que l'adsorption ait lieu à une tension de vapeur sensiblement constante. A la fin du cycle, une quantité de chaleur suffisante a été évacuée de la première chambre pour que la température et la tension de vapeur au-dessus de l'adsorbant soit fixée à une valeur sensiblement égale à la

2474662-]

température et à la tension de vapeur existant avant le déclenchement de la désorption. Sous certaines conditions climatiques, on sait qu'il n'est pas possible de terminer le cycle tout en maintenant la température de l'air dains l'immeuble. Dans ce cas, une petite quantité de chaleur peut être fournie par un dispositif de chauffage de renfort au fluide caloporteur après l'échange de chaleur avec l'absorbant

présent dans la première chambre.

De nombreuses paires différentes adsorbant/adsorbat peuvent être utilisées dans le procédé de la présente invention. En effet, on considère que l'on peut utiliser ces absorbants mais, comme on va le décrire ci-après, ces absorbants présentent certains inconvénients. Des exemples non limitatifs de paires adsorbant/adsorbat destinées à être utilisées dans le procédé, comprennent les paires chlorure d'argent/ammoniac, gel de silice/ dioxyde de soufre, chlorure de lithium/eau, charbon de bois/ ammoniac, et qel de si$Jce/eau. Les paires adsorbant/adsorbat préférées sont celles qui jouent leur rôle dans le cycle ayant lieu à une pression inférieure à la pression atmosphérique, car il en résulte une implosion du dispositif si une rupture se produit. De plus, on préfère utiliser un réfrigérant qui peut

se solidifier, par exemple l'eau, dans les conditions qui.

règnent à l'intérieur de la chambre pendant la phase d'évapo-

ration instantanée car ceci a pour effet d'optimiser les pos-

sibilités de pompage de chaleur du cycle. Les conditions cli-

matiques locales prévalant dans la région o l'appareil de la présente invention doit être installé jouent également un rôle important dans le choix d'une paire particulière adsorbant/

adsorbat. Du fait que les informations thermodynamiques néces-

saires pour quantifier le comportement. du cycle sont incomplètes ou indisponibles pour un grand nombre de ces systèmes, on ne

décrira ici que le système gel de silice/eau.

Comme on l'a mentionné ci-dessus, quand on utilise de l'eau comme réfrigérant, la phase d'évaporation instantanée du cycle peut être prolongée jusqu'à ce que le condensat gèle. On obtient alors la glace à la fois avec de la chaleur de fusion et de la

chaleur de vaporisation par échange thermique avec l'atmosphère.

Un stockage thermique suffisant pour permettre un chauffage sensiblement continu de 24 heures par jour est assuré, de façon inhérente, par des cycles mettant en oeuvre le procédé de la présente invention. Pour obtenir un stockage thermique de plus longue durée, on considère d'inclure dans le système une quantité suffisante de vapeur de réfrigérant et d'adsorbant de telle sorte que le condensat puisse être formé et stocké

pendant des périodes de temps doux et/ou des périodes d'inso-

lation optimale en prévision des périodes o l'énergie solaire

collectée est insuffisante pour répondre aux besoins en chauf-

fage de l'immeuble. En outre, la chaleur nécessaire pour dé&iur-

ber le réfrigérant au cours de la première phase du cycle peut être fournie, en partie, par un dispositif de chauffage d'appoint recevant une énergie non solaire et conçu pour compléter, lorsque cela s'avère nécessaire, la chaleur solaire

captée.

Dans le mode refroidissement du procédé de la présente

invention, on utilise 'l'énergie solaire pour désorber de l'ad-

sorbant le réfrigérant, et la vapeur désorbée du réfrigérant émigre dans la seconde chambre o elle se condense au fur et à

mesure que sa chaleur de condensation se dissipe dans l'atmos-

phère.Après la fermeture de la vanne présente entre les chambres, la chaleur est évacuée de la première chambre contenant l'adsorbant, de manière à abaisser la tension de vapeur du réfrigérant. Ensuite, tout en isolant thermiquement la seconde chambre, on ouvre la vanne pendant un temps suffisant pour refroidir le réfrigérant condensé présent dansla seconde chambre par une évaporation instantanée, cela jusqu'à une température inférieure à la température de l'espace devant être refroidi et pour disposer;d'un réservoir constituant une capacité de refroidissement. On peut refroidir l'espace intérieur de l'immeuble par un transfert de chaleur avec le condensat froid

ou bien on peut utiliser la capacité de refroidissement ou ca-

pacité de frigories stockées pour obtenir une réfrigération.

A mesure que la vapeur est libérée de la seconde chambre, elle émigre dans la première chambre o elle est adsorbée, la chaleur

d'adsorption étant de nouveau dissipée dans l'atmosphère.

En ce qui concerne les applications de refroidissement de

locaux, la période de demande la plus grande pour un condition-

2474662-'

nement d'air fait habituellement suite à des périodes d'inso-

lation intense. Du fait que les phases de désorption et de

réfrigération du cycle de refroidissement s'excluent mutuel-

lement, des mesures doivent être prises pour permettre une utilisation de la capacité de refroidissement pendant des périodes d'insolation durant l'après-midi et, en cas de temps très chaud, pendant des périodes d'insolation maximale. Dans les régions septentrionales o des températures hivernales inférieures à zéro degrés sont courantes, le système doit

présenter une capacité de chauffage relativement importante.

Cette capacité sera bien plus grande-que celle nécessaire pour maintenir l'espace intérieur d'un immeuble à une température confortable pendant les mois d'été. Dans ce cas, on envisage que le système puisse être chargé pendant la partie du jour o l'insolation est la plus intense et permuté pour la phase de refroidissement aux autres moments. Dans les climats plus tempérés, la capacité,de refroidissement engendrée pendant l'exposition solaire peut être utilisée pendant la nuit pour fabriquer-, par exemple de la glace, et cette glace peut être utilisée pour refroidir l'immeuble le jour suivant pendant que l'insolation désorbe une plus grande quantité de réfrigérant et qu'une plus grande quantité de condensat est stockée. Dans une variante, la seconde chambre o le condensat est engendré et vaporisé par la suite peut être divisée en deux sections conçues en vue d'une utilisation alternative et on peut prévoir

un réservoir pour recevoir momentanément la vapeur de réfri-

gérant libéré (sous une forme condensée); on peut donc assurer un conditionnement d'air pendant que le condensat est engendré

dans l'autre chambre pendant des périodes d'insolation.

Selon un autre aspect important de l'invention, la deman-

deresse a créé un appareil utilisant principalement les radia-

tions solaires à la fois pour le chauffage et pour le refroi-

dissement de l'espace intérieur d'un immeuble. L'appareil exécute

automatiquement un cycle intermittent de pompe à chaleur.

L'appareil comprend un capteur d'énergie solaire et une première chambre communiquant thermiquement avec le capteur

et contenant une matière adsorbante ainsi qu'un réfrigérant.

La première chambre comporte un échangeur de chaleur fonction-

nant, dans un premier mode, de manière à échanger de la chaleur

2474662 1

avec l'espace intérieur et, dans un second mode, de manière à échanger de la chaleur avec l'atmosphère. La seconde chambre, destinée à la vaporisation et à la condensation de la vapeur de réfrigérant, communique thermiquement avec un second échangeur de chaleur. Le second échangeur de chaleur fonctionne, dans un premier mode, de manière à échanger de la chaleur avec l'espace

intérieur, dans un second mode, de manière à isoler thermique-

ment la seconde chambre, et, dans un troisième mode, de manière à échanger de la chaleur avec l'atmosphère. Une vanne est interposée entre les première et seconde chambres, cette vanne, lorsqu'elle est ouverte, assurant la présence d'un trajet de transfert de vapeur entre les chambres. L'appareil comprend, en outre, un moyen pour commander la vanne et pour choisir et mettre en oeuvre une mode de fonctionnement de chacun des premier et second échangeurs de chaleur en réponse à des

signaux qui arrivent de détecteurs de température et de détec-

teurs de pression éloigniés et qui indiquent des variations de pression ou de température dans au moins une des chambres et, de préférence, en réponse à des signaux indiquant les variations de température dans l'atmosphère et dans ledit

espace intérieur.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, quand la température atmosphérique est inférieure à une température intérieure choisie, le moyen de commande peut fonctionner de manière à exécuter un cycle de chauffage d'espace dans lequel, au cours d'une première phase durant une insolation, la vanne est ouverte et le second échangeur de chaleur est placé dans le premier mode pour.céder sa chaleur de condensation de manière à chauffer l'immeuble. Durant la seconde phase, la vanne est fermée et le premier échangeur de chaleur est placé dans le premier mode pour abaisser la tension de vapeur ainsi que la température à l'intérieur de la première chambre et pour

transférer la chaleur dans l'espace intérieur de l'immeuble.

Durant une troisième phase, le moyen de commande peut fonction-

ner de manière à ouvrir la vanne tandis que le second échangeur de chaleur est placé dans le second mode, ce qui a pour effet d'isoler thermiquement la seconde chambre et de refroidir le condensat par une évaporation instantanée. La chaleur est libérée

2474662 1.

au fur et à mesure que la vapeur est adsorbée dans la matière adsorbante froide et sèche, et est fournie à l'immeuble. Durant la quatrième phase, la vanne est ouverte, le premier échangeur de chaleur est placé dans le premier mode de manière à échanger de la chaleur avec l'espace intérieur de l'immeuble et le second échangeur de chaleur est placé dans le troisième mode

de manière à échanger de la chaleur avec l'atmosphère.

Il est préférable que l'appareil comprenne un dispositif de chauffage de renfort alimenté par une énergie non solaire, comme par exemple un dispositif de chauffage à résistance électrique placé en aval du premier échangeur de chaleur de sorte que, si la température à l'intérieur de la première chambre tombe en-dessous de la température de l'espace intérieur de l'immeuble pendant la quatrième phase, un moyen de commande met en fonction le dispositif de chauffage de renfort pour qu'une chaleur supplémentaire soit fournie à

l'immeuble. En outre, il est préférable que le premier échan-

geur de chaleur comprenne un moyen pour modifier l'allure de l'échange de chaleur avec la première chambre et que le moyen de commande puisse fonctionner de manière à régler l'alluie de l'échange de chaleur pendant la réadsorption de manière à maintenir sensiblement constante la tension de vapeur dans la première chambre. Cette disposition optimise le rendement du cycle. Quand la température atmosphérique est supérieure à une température inférieure choisie, le moyen de commande déclenche un cycle de refroidissement d'immeuble pendant lequel, au cours d'une première phase-durant des périodes d'insolation, la vanne est ouverte et le.second échangeur de chaleur est placé dans le

troisième mode de manière à échanger de la chaleur avec l'at-

mosphère; au cours d'une seconde phase, la vanne est fermée et le premier échangeur de chaleur est placé dans le second mode de manière à échanger de la chaleur avec l'atmosphère; au cours d'une troisième phase, la vanne est momentanément ouverte et le second échangeur de-chaleur est placé dans le second mode de manière à refroidir par évaporation instantanée le condensat recueilli; et, au cours d'une quatrième phase, la vanne est ouverte, le premier échangeur de chaleur est placé dans le

2474662'

il

second mode de manière à dissiper de la chaleur dans l'atmos-

phère et le second échangeur de chaleur est placé dans le premier mode de manière à absorber de la chaleur à partir de

l'intérieur de l'immeuble.

Un objet principal de la présente invention est de réa- liser une pompe à chaleur alimentée principalement par des

radiations solaires et fonctionnant sur un cycle intermit-

tent répétitif convenant parfaitement, de façon inhérente, à une utilisation avec une source d'énergie disponible de façon intermittente comme par exemple une insolation. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un système de chauffage qui est alimenté en énergie solaire et qui n'exige

ni un système de chauffage d'appoint classique, ni un dispo-

sitif de stockage d'énergie thermique construit séparément.

D'autres objets dle la présente invention visent à réaliser, d'une part, un système de chauffage par énergie solaire qui peut être adapté aux conditions climatiques d'une région

géographique particulière grâce au choix d'une paire particu-

lière adsorbant/adsorbat destinée à être utilisée dans le système, et d'autre part, un système de chauffage par énergie solaire susceptible d'être commandé en vue d'un fonctionnement efficace. D'autres objets encore de la présente invention visent, d'une part, à réaliser un système de chauffage alimenté principalement par des radiations solaires et pouvant aussi fonctionner comme un conditionneur d'air, et d'autre part, un système alimenté en énergie solaire et possédant une capacité inhérente de stockage ou emmagasinage de calories et de frigories. Les objets et caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres objets et caractéristiques de la présente invention

apparaîtront au cours de la description donnée ci-après en

référence aux dessins annexés, sur lesquels

2474662-

les figures 1 à 4 sont des vues schématiques utiles pour décrire le cycle de chauffage de l'appareil alimenté en énergie solaire et conforme à la présente invention les figures 5 à 8 sont des vues schématiques similaires

à celles des figures 1 a 4 et illustrent le cycle de refroi-

dissement de l'appareil la figure 9 est une vue schématique illustrant un procédé d'emmagasinage de froid (capacité de refroidissement). pendant des périodes de faible insolation en vue d'une utilisation pour assurer une réfrigération pendant des périodes ultérieures d'insolation intense la figure 10 est une vue schématique illustrant un-procédé d'utilisation du frol'd\emmagasiné t

la figure 11 illustre un exemple d'un système pour com-

mander l'appareil de la présente invention la figure 1.2 est un graphique du rapport de masse entre l'adsorbat et la matière adsorbante sèche en fonction de la température, ce gràphique étant utile pour décrire le cycle utilisé dans l'appareil et dans le procédé de là présente invention la figure 13 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif modulaire formant l'appareil de 1.'invention et capable d'effectuer tant des cycles de chauffage. que de refroidissement-;

la figure 14 illustre un appareil comprenant un réflec-

teur de lumière diffuse et une multiplicité des modules de la figure 13 raccordés en série à un système de canalisation pour former un panneau solaire de chauffage/refroidissement; la figure 15 est une vue en coupe partielle d'une partie du panneau de la figure 14 illustrant comment le réflecteur de lumière diffuse stimule le comportement des dispositifs

adaptés pour suivre la course du soleil.

la figure 16 est une vuie partiellement arrachée d'une partie de la chambre de l'appareil de la figure 13 montrant une structure préférée pour favoriser un transfert de chaleur et de masse au sein de la matière adsorbante; la figure 17 est une vue en élévationpartiellement arrachéeede la chambre de la figure 16, cette vue illustrant comment les structurescontenant la matière adsorbante sont maintenues en position par rapport à la paroi extérieure de la chambre et les unes par rapport aux autres la figure 18 est une vue en perspective d'une gaufre ou galette de matière adsorbante telle qu'elle apparaît dans les alvéoles de la structure des figures 16 et 17; et la figure 19 est un diagramme illustrant la façon suivant laquelle le procédé et l'appareil de la présente invention peuvent être organisés pour assurer une réfrigération

à basses températures.

On va maintenant décrire le mode de réalisation préféré de l'invention. On connaît dans la technique un grand nombre de types fondamentalemènt différents de dispositifs pour le transfert de chaleur. Ces dispositifs comprennent les systèmes à compression de vapeur et les systèmes dits-"à effet chimique", ces systèmes pouvant encore être classés en systèmes à cycle continu ou à cycle intermittent et en systèmes à absorption ou à adsorption. Tous ces dispositifs mettent en jeu des transferts de chaleur avec des réservoirs thermiques au moins à trois températures différentes, ces réservoirs étant: un réservoir de température basse qui agit comme une source thermique à partir -de laquelle de la chaleur est extraite, un réservoir de température moyenne auquel de la chaleur est fournie, et un réservoir de température élevée à partir

duquel de la chaleur est également extraite. Dans les réfri-

gérateurs et les conditionneurs d'air, le réservoir de température basse est ce qui est refroidi, et de la chaleur est accumulée dans le réservoir de température moyenne. Dans les systèmes de chauffage à pompe à chaleur, le réservoir de température iboyenne est ce qui est chauffé et le réservoir de température basse est l'air froid extérieur ou toute autre source thermique froide qui. fournit la chaleur. Quand le but est d'éliminer la chaleur et, de ce fait, de refroidir une zone donnée, ces dispositifs sont appelés réfrigérateurs ou

2474662.

conditionneurs d'air. Quand le but est de fournir la chaleur nécessaire pour réchauffer une zone, on les appelle, d'une manière typique, des pompes à chaleur. Telle qu'elle est \ut'ilisée dans le présent exposé, l'expression "pompe à chaleur" désigne, d'une façon générique, les dispositifs conçus pour

l'un ou l'autre des buts précités.

Chaque fois que l'on dispose d'unesource de chaleur présentant une température plus élevée que la températre du réservoir de température intermédiaire dans lequel doit être transférée de la chaleur, il est possible, en principe

et en pratique, d'exploiter les caractéristiques thermo-

dynamiques propres au cas pour effectuer un pompage de chaleur

et, de ce fait, fournir au réservoir de température intermé-

diaire une plus grande quantité de chaleur que celle qui est extraite du réservoir de température plus élevée. Dans les pompes à chaleur à effet chimique, c'est-à-dire dans les systèmes dans lesquelsIlles effets chimiques tels qu'uin absorption ou une adsorption remplacent le travail mécanique

effectué dans les systèmes à compression de vapeur, le réser-

voir de température élevée comprend, de façon typique., une chaudière ou une source de vapeur d'eau épuisée. Dans le dispositif dont iIlest question dans le présent exposé, le réservoir de température haute est la chaleur engendrée par

le soleil.

On a réalisé la présente invention en se basant sur l'idée qu'il seraitpossible de concevoir un dispositif de pompe à chaleur à cycle intermittent qui pourrait être utilisé à la fois pour le chauffage et pour le refroidissement et qui

pourrait être alimenté par une source de chaleur à des tempé-

ratures susceptibles d'être engendrées dans-les capteurs d'énergie solaire actuellement'disponibles. En mode chauffage, l'appareil fournit au réservoir de température moyenne une

plus grande quantité de chaleur que celle provenant de l'inso-

lation. Le dispositif peit donc répondre au besoin en chauffage d'une source thermique donnée, par exemple un espace donné

dans un immeuble, en étant alimenté par un dispositif de cap-

tage d'énergie solaire qui serait incapable, en un jour, de capter une quantité de chaleur suffisante pour maintenir la température de l'immeuble si la chaleur d'origine solaire était simplement fournie d'une manière classique. En mode refroidissement, la chaleur est extraite d'une source thermique devant être refroidie, comme par exemple un espace dans un immeuble (servant alors de réservoir de température basse) et est dissipée dans l'environnement extérieur plus chaud (fonctionnant maintenant comme réservoir de température intermédiaire). Dans les pompes à chaleur "à cycle,continu", l'échange de chaleur en tout point donné dans le système a toujours

lieu avec le même réservoir. Dans la'inachine à cycle inter-

mittent, les réservoirs avec lesquels des points donnés du système a lieu l'échange de chaleur doivent être changés de façon intermittente. De ce fait, les cycles intermittents comprennent toujours deux échanges de chaleur à un seul point dans le système: l'un extrayant de la chaleur d'un réservoir de température basse et l'autre enlevant de la chaleur d'un réservoir de température haute. Dans l'appareil décrit dans le présent exposé, le passage d'un type d'échange à un autre est effectué en'utilisant un système qui dirige le fluide caloporteur, lequel est de l'air ou de l'eau, en provenance du réservoir approprié pour le mettre en contact d'échange thermique avec divers points du système. Il est avantageux que l'on puisse faire passer la pompe à chaleur d'un mode chauffage à un mode refroidissement simplement en dirigeant

de façon appropriée l'écoulement du fluide.

L'exposé qui va suivre concerne, pour l'essentiel, le

chauffage et le refroidissement d'un espace dans un immeuble.

L'utilisation d système et-de l'appareil selon la présente invention présente une importance économique et constitue une application préférée de cette technique. Toutefois, les techniciens en la matière se rendront compte, de façon évidente, quele système peut facilement être adapté à des réservoirs de chaleur autres qu'un espace à l'intérieur d'un immeuble et qu'il peut fournir une réfrigération et non pas

un conditionnement d'air. La description qui va suivre ne doit

donc pas être considérée comme étant limitative.

On va décrire maintenant la pompe à chaleur en se

2474662!

référant aux figures 11 qui illustrent d'une façon générale la nature et la fonction-de base de cette pompe. L'appareil comprend une paire de chambres (référencées I et II) qui sont raccordées par une vanne 10 à grande ouverture et qui forment conjointement un ensemble hermétique étanche à la pression. La chambre I est bourrée d'une matière adsorbante 12 telle que du gel de silice. L'ensemble hermétique contient également une vapeur cond.ensable d'adsorbat (réfrigérant de travail) choisie pour son aptitude -à être adsorbé facilement de façon exothermique dans la matière se trouvant dans la chambre I. La chambre I est en communication thermique avec un capteur d'énergie solaire ou bien fonctionne elle-même comme un capteur d'énergie solaire. Il est préférable que la chambre I contienne un dispositif de chauffage d'appoint 14 qui est alimenté par une.énergie non solaire et qui est

utilisé pour suppléer l'insolation quand le temps est nuageux-

ou notablement froid.

Les chambres I et II sont pourvues chacune d'un échangeur de chaleur pouvant fonctionner de manière à effectuer un échange de chaleur entre la chambre et la zone devant être chauffée ou refroidie, (par exemple l'espace intérieur d'un immeuble) ou bien-la zone à partir de laquelle la chaleur est extraite au cours du cycle de chauffage et dans laquelle

de la chaleur est dissipée au cours du cycle de refroidis-

sement. Pour des raisons-de simplicité et de clarté, on a représenté sur les-figures l-4i,-la zone superficielle à travers laquelle a lieu l'échange de chaleur simplement-sous

la forme des parois 16 et 18 des chambres I et II respectives.

On effectue l'échange de chaleur avec l'air provenant de l'intérieur d'un immeuble en faisant passer cet air le long d'une canalisation 20, sur l'une ou l'autre des chambres I ou-II (selon les besoins), et en renvoyant cet air dans l'immeuble par l'intermédiaire d'une canalisation ou conduite 22. On effectue l'échange de chaleur avec l'air provenant de l'environnement en faisant passer cet air à travers l'une et l'autre des canalisations 24 et 26, sur les chambres I ou

II, et en renvoyant cet air dans l'environnement par l'inter-

médiaire d'une canalisation 28 ou d'une canalisation 30. Un système de registres, illustré simplement sous la forme d'éléments escamotables 32, 34, 36 et 38, permet d'isoler thermiquement la chambre I et l'échangeur de chaleur se trouvant entre la chambre I et l'air provenant de l'immeuble ou bien l'air provenant de l'environnement. Après l'échange de chaleur, l'air est renvoyé, soit vers l'extérieur à travers la canalisation 28, soit vers l'intérieur de l'immeuble à travers la canalisation 22. D'unefaçon similaire, un système de registres comprenant des éléments escamotables 40, 42, 44, 46, agit de manière à isoler thermiquement la chambre II et assure l'obtention du même degré de souplesse dans

l'échange de chaleur. Il est préférable que l'appareil compren-

ne également un moyen pour régler l'allure de l'échange de chaleur avec la chambre I. Un procédé pour obtenir ce résultat (voir les moyens 94 et 96 de la figure 11) consiste à prévoir des dispositifs pour faire circuler l'air de manière que l'on puisse régler le volume d'air que l'on fait passer autour de l'échangeur de chaleur de la chambre I. D'autres moyens classiques pour le réglage et l'échange de chaleur sont

évidents aux techniciens en la matière. De préférence, l'ap-

pareil comprend aussi un dispositif de chauffage 48 de renfort, ce dispositif fonctionnant dans certaines conditions pour maintenir la température intérieure de l'espace devant être chauffé. Il convient de remarquer que les figures 1 à 11 sont des

figures très schématiques et ne sont données que pour simpli-

fier l'exposé ci-après du déroulement des cycles et pour il-

lustrer les caractéristiques de base du système.

Les chambres I et II peuvent prendre n'importe quelle forme voulue. On peut obtenir l'échange de chaleur avec les chambres à l'aide de diverses techniques connues utilisant une technologie bien établie, par exemple on peut avoir recours à un système de transfert de chaleur fermé pour faire circuler un fluide réfrigérant tel qu'un hydrocarbure halogéné. On peut utiliser une grande diversité de différents types de capteurs d'énergie solaire ainsi que divers procédés permettant de fournir de la chaleur à l'intérieur de la chambre à partir du capteur. Le système de registres peut se présenter sous

n'importe quel mode de réalisation. Il n'est pas indis-

pensable que les dispositifs de chauffage d'appoint et de renfort comprennent les dispositifs de chauffage à résistance électrique illustrés et, en fait, on peut les supprimer dans de nombreux cas. Au début du cycle,' l'adsorbant (réfrigérant) se trouvant à l'intérieur de l'enveloppe à deux chambres est adsorbé dans la matièreadsorbante se trouvant dans la chambre I. Grosso-modo, pendant le déroulement du cycle, la vapeur d'adsorbat est désorbée de la matière adsorbante par la chaleur solaire captée et traverse la' vanne pour pénétrer dans la chambre II-o elle se condense. Pendant la nuit, de la, chaleur est fournie à la chambre II pour vaporiser le condensat; la vapeur libérée traverse de nouveau la vanne 10 S15 et est réadsorbée dans la matière adsorbante 12 jusqu'à ce

que l'état initial du système soit rétabli.

On va décrire maihtenant le cycle de chauffage. La figure 12 est un graphique dans lequel la concentration de l'adsorbat dans la matière adsorbante 12 contenue dans la chambre I est tracée en fonction de la température, ce graphique illustrant certains aspects du cycle. Les courbes O, P, Q, R constituent les courbes de tension de vapeur constante du réfrigérant (isobars) au-dessus de la matière adsorbante. Au début du cycle, (par exemple peu de temps après l'aube, au point A, la concentration de la vapeur de réfrigérant dans la matière adsorbante est à son maximum

(A', figure 12) et la température (T1) de la matière absor-

bante remplie d'adgorbat est égale ou inférieure à la température intérieure régnant dans-l'immeuble.Lorsque l'insolation commence, la vanne 10 est fermée de sorte qu'aucun réfrigérant ne peut s'échapper de la chambre I, la température régnant à l'intérieur de la chambre 1 augmente

jusqu'à T2 (A-B, figure 12). La tension de vapeur du réfri-

gérant augmente. Ensuite, au fur et à mesure que l'insolation persiste, la vanne 10 s'ouvre et la vapeur de réfrigérant désorbe de la matière adsorbante 12, traverse la vanne et pénètre dans la chambre II (B-C). Grâce à l'ouverture des

registres 50 et 44, l'air provenant de l'intérieur de l'im-

meuble vient en contact d'échange thermique avec la chambre II, extrait la chaleur de condensation de la vapeur de réfrigérant en formant le condensat 50 (figures 2-4) et est renvoyé dans l'immleuble pour le chauffer. Tant que l'insolation persiste et qu'une certaine quantité de vapeur de réfrigérant reste adsorbée dans la matière adsorbante 12, la vapeur se condense

continuellement dans la chambre I et sa chaleur de conden-

sation est utili'sée pour fournir de la chaleur à l'immeuble

par l'intermédiaire de la canalisation 22 (figure 1). Idéa-

lement, pour que le rendement thermodynamique soit maximal, la désorption de la matière adsorbante 12 dans la chambre I a lieu à une tension de vapeur constante (B-C), sur la figure 12). On peut se rapprocher de cette désorption à tension

constante en commandant la vanne 10. Ainsi, pendant l'inso-

lation, la concentration du réfrigérant adsorbé diminue constamment et la température à l'intérieur de la chambre I augmente jusqu'à sa valeur la plus élevée au cours du cycle (T3). Au cours de la phase suivante du cycle (figure 2 et C-D de la figure 12), on ferme la vanne 10 pour empêcher une migration de la vapeur à partir de la chambre II et on refroidit la matière adsorbante présente dans la chambre I. Les registres 34 et 38 étant ouverts, un échange de chaleur a lieu entre l'air provenant de l'intérieur de l'immeuble et la matière adsorbante. L'air réchauffé est fourni par

l'intermédiaire de la canalisation 22 pour chauffer l'im-

meuble. Par suite du refroidissement, la tension de vapeur du réfrigérant au-dessus de la matière adsorbante 12 diminue, comme on peut le voir sur la figure 12. En plus de la chaleur sensible extraite de la matière adsorbante 12, la vapeur désorbée qui reste dans le volume interstitiel de la chambre

I est réadsorbée et une certaine quantité de chaleur d'adsor-

ption est libérée et fournie à-l'immeuble.

Au cour-s de la phase suivante du cycle (figure 3 et D-D' de la figure 12) , les registres 40, 42, 44 et 46 étant fermés de sorte que la chambre II se trouve isolée thermiquement et les registres 34 et 38 étant ouverts de sorte que l'échange

2474662'

de chaleur entre l'espace intérieur de l'immeuble et la-

chambre I peut continuer, on ouvre momentanément la vanne 10.

En raison de la tension de vapeur faible dans la chambre I, de la vapeur se distille instantanément du condensat dans la chambre Il, traverse la vanne 10 et est adsorbée dans la

matière adsorbante 12. Le caractère adiabatique de l'évapo-

ration instantanée se traduit par un refroidissement du con-

densat 50 dans la chambre II jusqu'à une température bien en-dessous de celle de l'atmosphère. Au fur et à mesure que

la vapeur est adsorbée dans la chambre I, la chaleur d'ad-

sorption est libérée et est fournie *par l'intermédiaire

de la canalisation 22 à l'immeuble pour le chauffer.

A ce stade du cycle (D', figure 12), une masse de condensat se trouvant à une température en-dessous de la température atmosphérique est présente dans la chambre II et la matière adsorbante,12 présente dans la chambre I a ufne capacité notable nonDencore utilisée à adsorber la vapeur supplémentaire de-réfrigérant. Par conséquent, les registres 34, 38, 42 et 46 étant ouvertsr l'air provenant de l'intérieur de l'immeuble vient en contactd'échange thermique avec la chambre I, est réchauffé et est renvoyé à l'immeuble par l'intermédiaire de la canalisation 22. L'air provenant de l'atmosphère entre par l'intermédiaire de la canalisation 26, circule en contact d'échange thermique avec la chambre II pour céder la chaleur nécessaire pour la vaporisation du condensat

et sort par l'intermédiaire de la canalisation.30 en reve-

nant dans l'atmosphère. Au fur et à mesure que la chaleur de vaporisation est absorbée à partir de l'air extérieur, la vapeur émigre de la chambre II à travers la vanne 10 et pénètre dans la matière adsorbante 12 se trouvant dans la chambre I. Une faible fraction de la chaleur d'adsorption résultante est utilisée pour chauffer la vapeur entrante jusqu'à la température de la matière adsorbante. La chaleur d'adsorption restante est fournie à l'immeuble. Il est préférable que l'adsorption de la vapeur libérée dans la matière adsorbante 12 pendant cette phase du cycle soit effectuée à une tension de vapeur constante, car ceci améliore le rendement thermodynamique (remarquer que D'-A

2474662'

passe le long d'un isobar sur la figure 12). On peut obtenir ce mode de fonctionnement en réglant l'allure de l'échange de chaleur entre l'air et la matière adsorbante présente dans la chambre I. On peut obtenir ce réglage en modifiant la superficie de la surface d'échange de chaleur, en modifiant la quantité d'air que l'on fait passer sur une superficie donnée de surface d'échange de chaleur par unité de temps, ou par

tout autre moyen bien connu.

Pendant les dernières parties du cycle, par exemple lorsque le cycle se rapproche du point A sur la figure 12, la température de la matière adsorbante peut tomber en-dessous de la température régnant à l'intérieur de l'immeuble quand

le temps est très froid. Dans'ce cas, on met en marche le dis-

positif de chauffage de renfort 48 pour réchauffer l'air

sortant de l'appareil par la canalisation 22.

On va maintenant décrire un exemple quantitatif du cycle de chauffage. Poir décrire d'une façon quantitative les transferts de chaleur et les possibilités du cycle de chauffage de l'appareil, on va supposer qu'un immeuble doit être chauffé avec un courant d'air chaud circulant, que la température de l'air froid renvoyé peut tomber à 15 C pendant la nuit, et que la température de l'air réchauffé utilisé pour chauffer l'immeuble peut être réduite à 24 C pendant de brèves périodes de temps. La température de l'air extérieur est supposée tomber à -4 C pendant la nuit. Lecycle commence

avec la température de la matière adsorbante (T1) à 15 C.

Si la paire adsorbant/adsorbat utilisée est la paire gel de silice/eau, la tension de vapeur de départ de la chambre I est de 0,34 mb et la température maximale atteinte dans

la matière adsorbante (T3) est de 124 C.

Pendant la phase A-B, la vanne 10 est fermée, l'énergie solaire captée est fournie à la matière adsorbante 12 jusqu'a ce que la tension de vapeur dans la chambre I atteigne 67,7 mb, c'est-à-dire la tension produite pour que la vapeur d'eau se condense dans la chambre II a une température de 38 C. Pendant la phase B-C, la vapeur émigrant à travers la vanne 10 se condense dans la chambre SI à cette température et la chaleur

2474662'

de vaporisation est fournie à l'immeuble comme décrit ci-

* dessus. Pendant.la phase C-D, la matière adsorbante initialement à 124 C est refroidie par l'air de l'immeuble, la vanne 10 étant fermée. Un des objectifs de cette phase du cycle est: de réduire la tension de vapeur dans la chambre I jusqu'à environ 3,4 mb, tension qui-correspond à la tension de saturation de là 'glace à -7,8 C. De'plus, la chaleur sensible emmagasinée dans l'adsorbant est utilisAe.pour

chauffer l'immeuble.-

Pendant la phase C-D', on utilise l'évaporation ins-

tantanée pour refroidir l'eau liquide présente dans la chambre II et réduire sa température jusqu'à -6,7 C. Comme cette température est inférieure au point triple-de la glace, aucune phase liquide ne subsiste dans la chambre II. Il est possible de refroidir l'eau jusqu'à-cette température en raison-ee.la faible tension de vapedr dans la chambre I.

Ensuite, au cours de la phase D'-A, la chaleur est trans-

férée de l'atmosphère extérieur, qui se trouve ici à -4 C,- et est utilisée pour vaporiser la glace qui est présente dans la chambre II-et qui'se trouve à une température de -6,7 C. La chaleur ainsi absorbée dans la chambre II fournit la chaleur de sublimation de la glace et les vapeurs engendrées sont réadsorbées dans la chambre I. Leur chaleur d'adsorption à laquelle s'ajoute la chaleur sensible libérée par le refroidissement réglé du gel de silice à une tension de vapeur constante, est fournie à-l'immeuble. Lorsque la-température du gel de silice tombe en-dessous de 26,7 C et descend vers ,6 C (point A 'le long de la courbe de tension de vapeur constante O sur la figure 12), la chaleur supplémentaire du dispositif de chauffage de renfort peut être nécessaire pour

empêcher la température de l'air chaud pénétrant dans l'im-

meuble-de tomber en-dessous de 24 G.

On calcule la chaleur transférée au système ou extrait de ce système en supposant que la chaleur spécifique c gel de silice, l'eau étant absorbée à une concentration X, est: C = 0,23 + 0,5 Kcal/kg/ CÀ P

2474662'

On suppose que la vapeur d'eau adsorbée a la même chaleur spécifique que la glace. La chaleur d'adsorption de la vapeur d'eau sur le gel de silice est égale à 722,3 Kcal/kg d'eau. Cette valeur est une valeur moyenne provenant de chiffres publiés et représentant l'adsorption dans la plage de concentration de 10%'au moins. Durant les phases A-B et C-D, une petite quantité de vapeur adsorbe ou désorbe pour remplir le volume interstitiel des particules de gel de silice dans la chambre I. On considère ici que cette masse de vapeur est négligeable et on suppose que ces opérations ont lieu avec une concentration constante. Les transferts de chaleur pour chaque phase du cycle calculé sur la base de ce qui

précède apparaît dans le tableau I ci-après.

TABLEAU I

Transfert de chaleur pendant le cycle (Kcal/kg de gel de

silice, état sec).

Chambre I Remarques + 11,7 Chauffage l'énergie du gel de de 15,6 C Chambre II : par ' solaire silice

à 68,5 C

Remarques o Chauffage par -57,6 Condensation de l'énergie solaire l'eau à 38 C dans du gel de silice la chambre II,la

de 68,5 C à 124 C chaleur de conden-

et désorption de sation étant ,4 g d'eau par fournie à l'immeuble 453,6 g de gel

Refroidissement.du O --

gel de silice de 124 C à 71 C, la chaleur étant fournie à l'immeuble D-D' - 18,87, Vapeur engendrée dans O la chambre II,adsorbée dans la chambre I; chaleur d'adsorption fournie à l'immeuble à +47 C; de plus, la chaleur sensible extraite-du gel est fournie à l'immeuble

-678,62 C

Vapeur adsorbée dans la chambre I et chaleur d'adsorption fournie à l, 'immeuble en même temps que la chaleur sensible extraite du gel. La

chambre I se refroi-

dit de 47 C à 15,6 C.

En-dessous de 26,7 C,

de la chaleur supplé-

mentaire peut être nécessaire.

Evaporation instan-

tanée adiabatique et formation de glace à l'état saturé à -6,7 C +55,82 Chaleur reçue de l'atmosphère à

-3,9 C.

Phase du procédé A-B B-C C-D

+586,7

- 12,4

D'-A

2474662'

D'après le tableau qui précède, on peut se rendre compte que la quantité nette de chaleur introduite dans le système est de 71,45 Kcal et que la quantité de chaleur extraite du-systeme est de 71,59 Kcal. Ces chiffres ne diffèrent que de 0,42% et démontrent que les suppositions sur lesquelles sont basés les calculs 'sont tout à fait raisonnables. La chaleur totale fournie à l'immeuble pour chaque 453,6 g de gel de silice, est de 71,16 Kcal. La quantité de chaleur introduite à partir du capteur d'énergie solaire est de 44,63 Kcal. Par conséquent, le rendement calorifique de ce cycle est 71,16/44,63 = 1,59: le cycle fournit à l'immeuble une quantité de chêileur supérieure de 59% à celle qu'il

recueille du soleil.

Il apparaît aussi de façon évidente de l'exposé qui précède que le système comprend de façon inhérente une capacité de stockage thermique, c'est-à-dire que le'chauffage durant la nuit est effçctué par extraction de la chaleur de l'atmosphère froid pour vaporiser le condensat (ou produit

sublimé) et la fourniture à l'immeuble de la chaleur d'adsorp-

tion produite dans la chambre I. La source thermique utilisée dans les systèmes de chauffage classique comprenant un

réservoir d'eau ou autre élément analogue n'est pas néces-

saire. En outre, le système est capable d'emmagasiner de la chaleur par accumulation progressive d'un condensat dans la

chambre Il pendant des périodes de temps doux durant la nuit.

Par exemple, si après une période de 48 heures comprenant un

jour ensoleillé et une nuit douce, succède un jour très -

nuageux et une nuit très froide, le condensat engendré pendant le jour solaire.et non vaporisé la nuit douce est retenu dans la chambre II. Il est alors complété par le condensat supplémentaire engendré durant' le jour nuageux suivant et la totalité sera disponible pour chauffer l'immeuble durant la nuit froide suivante. Pour exploiter au mieux cette capacité de stockage thermique sur de longues périodes, la quantité d'adsorbant ou d'adsorbat contenue dans le système doit être telle qu'une exposition solaire pendant les jours d'hiver soit insuffisante pour désorber la totalité de la matière adsorbante chargée. Dans ce cas, on obtient une grande

2474662.

souplesse dans l'emmagasinage thermique.

Pendant les périodes ou l'insolation est insuffisante pour fournir une quantité de chaleur suffisante pour maintenir la-température de l'immeuble, la chaleur nécessaire pour désorber la matière adsorbante dans la chambre I peut être fournie en partie par lé dispositif de chauffage d'appoint 14 alimenté par de l'énergie non solaire, par exemple par de l'électricité. Deux des plus importantes variantes possibles dans le cycle précité impliquent la régulation de la pression et de la température par l'intermédiaire d'Utn réglage du transfert de chaleur de. telle sorte que (1) le cycle puisse tirer un avantage thermodynamique optimal de la température de

l'air extérieur et (2) l'adsorption et la désorption (par-

ticulièrement cette première) puisse être effectuées le

long d'un isobar de tension de vapeur.

Le premier point Est important car la température du condensat doit être maintenueen-dessous de la température de l'air extérieur pour rendre maximal le coefficient de rendement du cycle. Bien entendu, le rapport entre la quantité de' chaleur -fournie à l'immeuble et la quantité de chaleur captée du soleil augmente à mesure que croît la chaleur latenteabsorbée par le condensat ou le produit sublimé pendant la phase D-A. Pour cette raison, il est préférable d'utiliser un réfrigérant qui puisse à la fois se condenser et geler, de sorte-que la chaleur de condensation et la chaleur de fusion puissent toutes deux être utilisées pour chauffer l'immeuble. Si le condensat doit être vaporisé ou sublimé par réception de chaleur à partir de l'air extérieur, il doit être plus froid que l'air. La température la plus basse qu'il peut atteindre dépend de la tension de.vapeur de l'adsorbant refroidi se trouvant dans la chambre I et de la commande de la vanne, de telle sorte que la vapeur soit

produite à une température sensiblement constante.

Le second point est important, car une opération le long d'un isobar d'adsorption permet de se rapprocher d'une opération réversible. Ceci,-en accord avec les principes bien connus de la thermodynamique, se traduit par un rendement plus élevé. Le cycle décrit ci-dessus est un cycle hybride par raiport à la plupart des conceptions de pompe à chaleur alimentée en énergie solaire par le fait- qu'il peut utiliser un chauffage de renfort au cours (le la phase finale (DI-A) du cycle. L'énergie totale requise pour un chauffage de renfort est extrêmement faible par rapport à la chaleur totale fournie à l'immeuble. Un calcul exact de l'énergie de renfort exige une connaissance assez détaillée du système et des températures de l'air ambiant.Toutefois, on estime

que l'énergie de renfort nécessaire pour maintenir la tempé-

rature d'entrée de l'air chaud à 240C quand et si la tempé-

rature dans la chambre Il tombe en-dessous de 26,70C vers î5 15,60C comme étant d'environ 13,9 Kcal/par kg de gel de silice, c'est-à-dire environ 9, 4% de la chaleur totale fournie à l'immeuble. An supposant que cette faible quantité d'énergie soit réellement demandée, on pourrait l'obtenir facilement et d'une façon facilement économique à l'aide du

dispositif de dhauffage 48 à résistance électrique.

On va maintenant décrire le cycle de refroidissement.

C'est une caractéristique importante de la présente invention que l'on puisse utili*ser l'appareil, simplement en modifiant certains aspects du cycle décrit précédemment, pour obtenir

un conditionnement d'air ou une réfrigération à des tempéra-

tures relativement basses. On va décrire la façon suivant laquelle on peut obtenir ce résultat en se référant aux

figures 5-10.

Au cours de',la première phase du cycle (A-B), la vanne 10 est fermée, l'insolation chauffe la matière adsorbante 12 imprégnée de réfrigérant. Quand la tension de vapeur dans la chambre I a atteint un niveau o la vapeur peut se condenser à une température située au-dessus de la température de l'air extérieur, on ouvre la vanne 10 et, à mesure que l'insolation continue, la vapeur de réfrigérant traverse la vanne, pénètre dans la chambre II et se condense (figure 5). La chaleur de condensation de la vapeur de réfrigérant se dissipe dans l'environnement par l'échange de chaleur qui se produit avec

247466ZX

l'air extérieur pénétrant par la canalisation 26 et le registre ouvert 42 puis passant autour de l'échangeur de chaleur de la chambre II et sortant par le registre ouvert 46-et la canalisation 30. Au cours de la phase suivante (C-D) du cycle, au moment o l'intensité de l'insolation diminue, on ferme la vanne 10, on ouvre les registres 32 et 36, et l'air extérieur pénétrant par la canalisation 24 puis passant autour de l'échangeur de chaleur de la chambre I et sortant par la canalisation 26 refroidit la matière adsorbante 12 qui maintenant désorbe, ce qui a pour effet d'abaisser la tension de vapeur du réfrigérant dans la

chambre I (figure.6).

Au cours de la phase D-D', (figure 7), les registres

, 42, 44 et 46 étant fermés de sorte que la chambre Il se -

trouve isolée thermiquement, on ouvre momentanément la vanne 10. En raison de la faible tension de vapeur dans là chambre I, une évaporation instantanée du condensat 50 se produit dans la chambre II et le condensât se refroidit jusqu'à une température inférieure à la température qui doit être maintenue par la réfrigération, par exemple en-dessous de la température intérieure de l'immeuble. La chaleur d'adsorption qui est

libérée quand la vâpeur de réfrigérant résultant de l'évapo-

ration instantanée est réadsorbée dans la matière absorbante 12, est dissipée dans l'atmosphère par échange de chaleur avec l'air pénétrant dans la canalisation 24 et le registre ouvert

32 et sortant par le registre ouvert 36 de la canalisation 28.

Au point D' au cours du cycle, le condensat 50 dont la température est basse et qui se trouve dans la chambre II

représente un réservoir constituant une capacité de refroidis-

sement qui peut être utilisée à tout moment pour extraire la chaleur de l'intérieur d'un'immeuble, d'un compartiment réfrigéré, ou de tout autre espace analogue. L'air provenant

de l'intérieur de l'immeuble est donc introduit par l'inter-

médiaire de la canalisation 20 et du registre ouvert 40, refroidi au fur et à mesure qu'il cède la chaleur pour vaporiser (ou sublimer) le condensat froid 50 dans la chambre 11 et renvoyé à l'intérieur de l'immeuble par- l'intermédiaire du registre ouvert 44 et de la canalisation 22 (figure 8). La chaleur recueillie par le condensat 50 dans la chambre II

est absorbée sous la forme d'une chaleur de vaporisation.

La vapeur de réfrigérant émigre à travers la vanne 10 et est réadsorbée par la matière adsorbante 12 présente dans la chambre I. Ici encore, la chaleur d'adsorption est dis- sipée dans l'atmosphère' par échange de chaleur avec l'air extérieur pénétrant par la canalisation 24 et sortant par la canalisation 28: Quand la totalité du condensat a été évaporée dans la chambre II, le système doit être chargé par une insolation supplémentaire avant qu'un refroidissement

supplémentaire puisse se produire.

Comme il.ressort de la description, qui précède du cycle

de refroidissement, la phase (D'-A) durant laquelle la ca-

pacité de refroidissement peut être exploitée ne peut pas survenir simultanément avec la phase d'insolation/désorption (A-B-C). Du fait que le temps durant lequel la capacité-de conditionnement d'air dst la plus nécessaire, se situe, de façon typique, immédiatement après la période journalière d'insolation la plus intense, il va de soit qu'il faut prendre des dispositions pour retarder l'utilisation de la capacité de refroidissement pour permettre au refroidissement de n'avoir lieu que pendant des périodes autres que celles durant lequel le cycle se trouve dans la phase D'-A représentée

sur la figure 8.

Bien qu'il entre dans le cadre de la présente invention de prévoir une installation unique et de grande dimension réalisée selon les moyens généraux précédents, à la fois -pour chauffer et; pour refroidir l'espace intérieur d'un immeuble, selon les besoins, la façon préférée pour mettre en oeuvre le procédé et l'appareil de la présente invention, au moins dans la mesure o ce procédé et cet appareil sont appliqués au chauffage et au refroidissement d'un espace, consiste à avoir recours à des dispositifs de dimensions relativement-faib].es, une multiplicité de ces dispositifs ou unités étant installée pour répondre aux besoins d'un immeuble particulier en fonction du climat de l'endroit o il se trouve. Certains des avantages d'une telle disposition sont donnés en détails ci-- après. Un des avantages importants

2474662-

est qu'une telle disposition modulaire assure une grande souplesse d'utilisation en ce qui concerne le cycle de

refroidissement. Par exemple, pendant les périodes d'inso-

lation, la moitié des dispositifs ou modules peut être soumise à la phase de désorption décrite dans la figure 5 (A-B-C) et accumuler une capacité'de refroidissement sous la forme d'un condensat en vue d'une utilisation future, tandis que les

modules restants peuvent être soumis à la phase b'-A fournis-

sant le conditionnement d'air (figure 8). Pour empêcher que îO la matière adsorbante 12 présente dans la chambre I se réchauffe et-gêne le cycle, on empêché l'exposition solaire à l'aide d'un-écran ou autre moyen analogue et on fait en sorte que la chaleur solaire recueillie soit rapidement dissip.ée dans l'atmosphère. Cette disposition exige de doubler la capacité de refroidissement réellement nécessaire pour maintenir la température conditionnée de l'ai-rde_ l'immeuble. Toutefois, ' dans les régions o les hivers sont sévères, cette capacité excédentaire est déjà présente pour

satisfaire les exigences en chauffage durant l'hiver.

Un autre procédé d'exploitation de la capacité de re-

fi!oidissemènt consiste à faire fonctionner le système pendant la phase de désorption du cycle uniquement dans les périodes d'insolation maximales, par exemple pendant une période de 4 à 5 heures vers midi, d'exécuter le cycle rapidement pendant les phases C-D-D', et ensuite d'utiliser la capacité de refroidissement accumulé jusqu'au prochain jour quand l'insolation redevient intense. Dans-les cas o la charge d'utilisation la plus importante à laquelle est soumis le système provient d'un chauffage pendant l'hiver,

il est possible de satisfaire les exigences en condition-

nement d'air pendant l'été par ces moyens et d'autres moyens.

Dans les climats plus chaud o la charge d'utilisation appliquée au système pour le conditionnement d'air-en été est supérieure à la charge représentée par le chauffage pendant les mois d'hiver, le procédé cidessus ne peut pas être utilisé à moins que l'on consente financièrement à prévoir une capacité de refroidissement plus importante que

celle qui est nécessaire réellement pour refroidir l'immeuble.

Dans un tel climat, il est préférable d'utiliser la capacité de refroidissement pendant la nuit pour fabriquer de la glace.,par exemple, ou pour stocker du froid de toute autre

manière en vue de son utilisation pendant les périodes ulté-

rieures dc'insolation intense. Les figures 9 et 10 illustrent schématiquement un appareil approprié pour cette façon de procéder. Sur la figure 9, le cycle est décrit pendant la phase D'-A. Le condensat 50, aux températures inférieures au point de congélation, échange de la chaleur, par l'intermédiaire d'un fluide en circulation, avec de l'eau 52 se trouvant dans un réservoir 54. Au fur et à mesure que la chaleur est cédée au fluide en circulation, la vapeur de réfrigérant se forme dans la chambre II,émigre dans la chambre I en traversant la vanne 10 et est adsorbée, la chaleur d'adsorption étant dissipée par échange de chaleur avec l'air extérieur. Comme on peut le voir, le réservoir 54 est enfermé dans une enceinte 56 munie de registres 58, 60, 62, 64. Le système de canalisation 66, 68 permet à l'air de l'intérieur de l'immeuble de venir en contact avec le réservoir 54 en vue

d'un échange de chaleur et de revenir à son point de départ.

Ici encore, on peut utiliser divers moyens bien connus pour rendre optimal l'échange de chaleur qui a lieu entre les

fluides en circulation et le réservoir 54.

Grâce à cette disposition constructive, on peut utiliser pendant la nuit la capacité de refroidissement du condensat en fabriquant de la glace. Comme on peut le voir sur la figure

, au cours du jour suivant, quand la demande de condition-

nement d'air augmente et que l'insolation d'air intense est utilisée de la meilleure façon pour former une plus grande quantité de condensat 50, on ferme les registres 58, 60 et on ouvre les registres 62, 64 pour échanger de la chaleur avec le réservoir 54. La chaleur adsorbée à partir de l'air est utilisée comme chaleur de fusion de la glace qui fond. Bien entendu, on peut utiliser d'autres moyens d'emmagasinage de froid, moyens qui sont connus de l'homme de l'art, à la place des opérations cycliques de formation et de fusion de

glace décrites ci-dessus. La description qui précède ne doit

donc être considérée-qu'à titre d'exemple illustratif et

non limitatif.

On va maintenant décrire les dispositifs de commande ou réglage. Une caractéristique la plus importante du procédé et

de l'appareil de l'invention réside dans le fait que celui-

ci peut être commandé facilement de telle manière que son fonctionnement soit complètement automatique. En outre, il "est possible de commander le déroulement du cycle de manière

à favoriser un rendement optimal. Divers niveaux de perfec-

tionnement de commande sont possibles. La figure 11 décrit

un système de-commande possible capable d'assurer un dérou-

lément complètement automatique du cycle de chauffage et du

cycle de refroidissement.

Le système se caractérise par un moyen de commande référencé 70 dans son, ensemble et comprenant un circuit d'entrée et de sortie '(E/S) 74, un circuit logique 76 et une mémoire 78. Le circuit logique et la mémoire peuvent se présenter, par exemple,sous la forme d'un microprocesseur programmé de façon appropriée. Le circuit loqique 76 est couplé (par l'intermédiaire du circuit E/S 74) à des

détecteurs de température de pression 80,82 disposés respec-

tivement dans les chambres I et II, à un détecteur 84 de température intérieure, à des détecteurs 86, 88 de température d'air extérieur, à un détecteur 90 de température de flux d'air chauffé et un thermostat 92. Le circuit logique 76 est également couplé par l'intermédiaire du circuit E/S 74 à la vanne 10, au dispositif de chauffage de renfort 48, au dispositif de chauffage d'appoint 14, ainsi qu'aux registres 32, 34, 36, 38, et 40, 42, 44, 46. Enfin, le circuit 76, par l'intermédiaire du circuit E/S 74 est également couplé à un moyen-servant à modifier l'allure de l'échange de chaleur avec la matière adsorbante contenue dans la chambre I, ces moyens étant représentés ici sous la forme

d'une paire d'hélices 94, 96.

Pendant le fonctionnument quand la température de l'air intérieur détectée par le détecteur 84 est inférieure à la température établie au thermostat 92, le moyen de commande déclenche un cycle de chauffage durant lequel,pendant l'insolation, quand une pression de seuil prédéterminée est détectée par le détecteur 80, la vanne 10 et les registres 40 et 44 sont ouverts et de la chaleur est échangée

entre l'air de 1' immeuble et la vapeur en cours de conden-

sation dans la chambre II. Au fur et à mesure que l'insolation diminue et que la température ainsi que la tension de vapeur détectée dans la chambre I-atteignent un niveau choisi, le moyen de commande 70 ferme la vanne 10 et les registres 40 et 44, ouvre les registres 34, 38 et actionne le ventilateur 96. A ce moment, l'échange de chaleur se produit entre l'air intérieur et la matière adsorbante présente dans la chambre I, de la chaleur supplémentaire étant ainsi fournie à l'immeuble. Lorsque comme déterminé sur la base des signaux d'entrée reçus des détecteurs 80, 86 et 88, la tension de vapeur dans la chambretI a atteint un niveau prédéterminé (suffisamment faible pour permettre un refroidissement du

condensat dans la chambre II jusqu'à une température infé-

rieure à celle de l'air extérieur), le moyen de commande 70 ouvre la vanne 10 de façon intermittente, en assurant un refroidissement progressif du condensat par évaporation instantanée. Pendant cette partie du cycle, la chaleur d'adsorption est évacuée grâce au fait que l'air intérieur passe autour de la surface d'échange de chaleur associée à la chambre I. Quand la température régnant à l'intérieur de la chambre II a atteint un niveau bas choisi (détecté par le détecteur 821, le moyen de commande 70 ouvre la vanne et les registres 42, 46. L'air extérieur est ensuite soufflé par un ventilateur (non représenté) autour de la chambre Il o il fournit la chaleur de vaporisation pour le condensat froid. De plus, pendant cette phase du cycle, la tension de vapeur fluctuante est détectée dans la chambre I par le détecteur 810, et, en réponse, l'hélice 96 est actionnée. L'allure à laquelle la chaleur est évacuée de la chambre I est de ce fait comnandée de telle sorte que, au fur

et à mesure que l'adsorption continue, la tension de vapeur -

au-dessus de la matière absorbante reste sensiblement constante.

* Si, au cours des dernières phases du cycle, le détecteur -de température 90 indique une température à l'entrée de l'immeuble inférieure â-la température choisie pour le thermostat 92, le moyen de commande 70 actionne le dispositif de chauffage d'appoint 48. Quand la température de l'air intérieur détectée par le détecteur 84 est supérieure à la température choisie pour le thermostat 92, le moyen de commande 70 peut déclencher un cycle de refroidissement. Comme on l'a décrit en détail

ci-dessus, le cycle de refroidissement se déroule-fondamenta-

lement d'une façon identique au cycle de chauffage à l'exception que des registres différents sont ouverts pendant les diverses phases du cycle et que la température à laquelle les échanges de chaleur ont lieu diffère légèrement. Ainsi, la chaleur évacuée des chambres est dissipée dans l'atmosphère et non pas dans l'air intérieur et la chaleur de vaporisation est

fournie au condensatdans la chambre II au cours db--la-

quatrième phase du cycle à partir de l'air intérieur ou à partir d'un courant de fluide en circulation comme décrit à propos

20. des figures 10 et 11.

Comme il apparaîtra à l'homme de l'art, des conceptions et des niveaux de. perfectionnement de commande différents

sont possibles. Ainsi, il est envisagé quedes données de-

prévisions météoroloqigues à court terme puissent être emmagasinées dans une partie de la mémoire 78 et utilisées pour modifier certa-ins paramètres du système en vue, par

exemple, d'une période prochaine très chaude ou très froide.

*Dans l'installation modulaire préférée pour la mise enoeuvre de la présente invention, le système de canalisations ou tout autre système de transfert de chaleur transportant un fluide et que comporte les unités ou dispositifs modulaires respectifs est de préférence raccordé en série de sorte qu'un seul système de registres dessert au moins plusieurs unités modulaires et une seule commande de registre est commune à plusieurs unités, Parmi un ensemble d'unités modulaires placées de telle sorte que leur fonctionnement soit équivalent du point de vue fonctionnel, il suffit qu'un ensemble de détecteurs 80 et 82 de température et de pression soit inclus dans une seule unité modulaire, car ces détecteurs fournissent au moyen de commande les données valables pour toutes les unités modulaires dudit ensemble. Dans les régions o la technique de stockage de capacité de refroidissement illustrée à titre d'exemple sur les figures 9 et 10 est utilisée, le moyen de commande est bien entendu adapté pour

réguler cette faculté de l'appareil.

Un moyen de commande préféré 70 comprend un microproces-

seur programmable vendu sous la marque déposée de SUNKEEPER, et vendu par Andover Controls. Ce microprocesseur est capable de traiter 64 entrées indépendantes et d'appliquer 32 sorties à des-interrupteurs de commande marche/arrêt. De façon idéale, les caractéristiques physiques de la paire adsorbant/adsorbat sont emmagasinées dans la mémoire du dispositif de commande sous une forme paramétrique (la

représentation paramétrique des données relatives à l'adsor-

ption est bien connue). Un programme de commande emmagasiné détermine les conditions de fonctionnement optimal pour le

dispositif, par exemple la température à laquelle l'évapo-

ration instantanée se produira et le moment o doit cesser là vaporisation du condensat. De plus, des données relatives au temps, par exempple une prédiction sur trois jours de la température et de l'insolation diurne et nocturne, pourraient être fournies au dispositif de commande par un réseau téléphonique et remises à jour journalièrement. Le dispositif de commande pourrait alors déterminer les conditions de fonctionnement journalières optimales pour le cycle de chauffage ou de refroidissement en tenant compte du prix du chauffage fourni par le dispositif de chauffage d'appoint électrique, le prix de l'utilisation de l'énergie électrique d'apport et de l'opportunité d'exploiter les conditions douces nocturnes pour accumuler du condensat en vue d'un

temps ultérieur plus sévère.

On va maintenant décrire le choix de la paire adsorbant/ absorbat. Sous ses aspects les plus larges, la présente invention n'est pas limitée, du point de vue fonctionnel, à

la matière adsorbante et à l'adsorbat (réfrigérant) particu-

liers utilisés. En fait, il est envisagé que dans un cas

approprié, on puisse utiliser une paire absorbant/absorbat.

Toutefois, l'adsorption est préférée à l'absorption pour les

raisons suivantes.

1. Dans le transfert d'un réfrigérant d'une chambre à une autre, avec adsorption, une seule substance est transportée. Dans les systèmes à absorptions, par exertple ammoniac/eau ou bioxyde de soufre/eau, le réfrigérant se déplace toujours sous la forme d'une vapeur binaire. Enfin, l'accumulation de matières absorbante-dans l'évaporateur (chambre II) devient

si importante qu'elle nuit au fonctionnement du dispositif.

Ainsi, l'absorbant doit être périodiquement-évaporé de l'évaporateur'et renvoyé à l'absorbeur (chambre I). Bien qu'il soit évident que-l'on puisse prendre des dispositions pour que cette opération ait lieu automatiquement, celle-ci représente un-inconvénient et il n'est pas nécessaire dans

un système à adsorption. -

2. L'adsorptiori est, de façon intrinsèque, un procédé très rapide. Pour des allures adéquates données de transfert de chaleur et de vapeur dans le lit de matière adsorbante, la.vitesse nette d'adsorption est très grande. Ceci facilite la commande et perMet certaines opérations telles que l'évaporation instantanée rapide nécessaire dans le présent cycle, opérations qu'il serait plus difficile d'obtenir avec

une absorption.

3. La chaleur d'adsorption d'une vapeur sur un solide est très grande, habituellement 30-50% plus grande que la

chaleur de vaporisation du liquide à la même température.

Ceci est extrêmement avantageux dans la conception d'une pompe à chaleur du type chimique car le rendement net du dispositif augmente à mesure que croît le rapport entre la

chaleur d'adsorption et la capacité thermique du dispositif.

En d'autres termes, la plus grande quantité d'énergie solaire possible serait utilisée dans le système pour commander les effets chimiques et aussi peu que possible serait absorbée

comme chaleur sensible.

4. Dufait que les matières adsorbantes adsorbant la vapeur à des pressions qui sont beaucoup plus faibles que la pression d'équilibre de la vapeur se trouvant au-dessus

de sa propre phase liquide ou solide, les systèmes à adsorp-

tion permettent à des liquides ordinaires (par exemple l'eau) d'être réduits à des pressions et des températures très faibles. Par exemple, l'utilisation de l'adsorption permet d'utiliser l'eau comme réfrigérant de travail pour

une réfrigération à des températures relativement basses.

Ceci, à son tour, permet la formation de galce par évapora-

tion instantanée et se traduit par un stockage de chaleur à la fois comme chaleur de condensation et comme chaleur de fusion. 5. L'adsorption, du fait qu'elle est généralement un processus à basse pression, simplifie la conception des chambres I et II en ce qui concerne la sécurité. Ceci est un aspect des plus importants dans les activités d'inginieries et d'emballage de produits,étant donné qu'il en résulte une implosion en cas de bris ou rupture. Le cycle d'adsorption,

basé sur la paire gel de silice/eau décrit ci-dessus, fonction-

ne à des pressions voisines de 33,9-67,7 mbars. Cette pression est même inférieure à la pression nécessaire pour pomper le fluide à travers un capteur pour capter la chaleur dans les

systèmes solaires classiques.

Bien que les systèmes gel de silice/eau soient les seuls qui aient été décrits en détail dans le présent exposé, il va de so-it que l'on peut utiliser avantageusement

d'autres paires adsorbant/adsorblat. Une analyse thermodyna-

! mique du cycle.indique que le choix d'une paire particulière doit être basé sur un équilibre des critères suivants en utilisant comme base les conditions météorologiques régnant

dans la région dans lequel le système est utilisé.

La paire adsorbant/adsorbat doit avoir une forte capacité d'adsorption. Il en est ainsi en raison du fait que plus la

capacité d'adsorption est grande, plus la capacité d'emmaga-

sinage est élevée. La paire doit aussi présenter une chaleur d'adsorption guidiminue rapidement à mesure que la température croit. Ceci permet à la chaleur solaire sous température élevée de désorber de grandes quantités de vapeur. La matière adsorbante elle-même doit présenter une faible chaleur spécifique; la chaleur sensible emmagasinée dans l'adsorbant, bien que pouvant être récupérée, nuit au rendement des

cycles de chauffage aussi bien que des cycles de refroidis-

sement.L'adsorbat doit présenter une forte chaleur de vapo- risation. Ceci permet au cycle de recevoir de grandes quantités de chaleur à une température faible pendant la phase cruciale D'-A. En outre, la paire choisie adsorbant/ adsorbat doit présenter les caractéristiques d'adsorption

suffisantes pour permettre le maintien automatique du réé-

quilibrage du système au cours de la phase D'-A. Pour parvenir à ce but, la chaleur d'adsorption à des températures

modérées (au voisinage de 37,8 C) doit être assez élevée.

Le réfrigérant doit aussi présenter les propriétés de saturation qui rendraient minimum la masse de liquide

susceptible d' être vaporise pendant le processus de -

refroidissement par évaporation instantanée. Il est nécessaire

pour cela que le changement de l'enthalpie lors de la vapori-

sation soit important par rapport à la variation de l'en-

thalpie du liquide saturé dans la plage voulue de températures moindres. Ceci est souhaitable car la vapeur qui doit être évaporée instantanément pendant la phase D-D' réadsorbe dans la chambre I et, par conséquent, limite la quantité de réfrigérant qui peut être réadsorbée au cours de la phase D'-A. Enfin, il serait extrêmement avantageux de choisir une paire adsorbant/adsorbat pour lesquels les isobars présentent des pentes très faibles de sorte que des variations de concentration de gaz adsorbés peuvent avoir lieu le long des isobars pour des variations de température seulement modérées. Ceci accroît également la capacité du :système à recevoir de la chaleur pendant la dernière phase

du cycle.

On voit, d'après ce qui précède, qu'une grande diversité de paires différentes adsorbant.adsorbat peut être utilisée si on le désire. On ne trouve pas de paire unique capable de satisfaire toutes les exigences décrites ci-dessus; toute paire utilisée en réalité représente par conséquent

un compromis. L'utilisation pour laquelle le système parti-

? culier est conçu, c'est-à-dire une utilisation principalement pour un refroidissement ou bien pour un chauffage ou encore plus ou moins pour lesdeux à la fois, affecte nécessairement ce choix. Par conséquent, les paires adsorbant/adsorbat "gel de silice/eau", "gel de silice/bioxyde de soufre", "charbon de bois/bioxydé de soufre", "chlorure d'argent/ ammoniac" et d'autres paires peuvent être utilisées. En outre, on envisage que des mélanges de deux ou plus de deux matières adsorbantes et deux ou plis de deux adsorbats

puissent être utilisés.

On va maintenant décrire l'unité modulaire selon le système. Comme on l'a fait remarquer ci-dessus, l'emmagasinage

de chaleur sensible dans le système nuit à son comportement.

Ainsi, dans le système idéal, il serait préférable que la totalité de la chaleur soit emmagasinée sous la forme d'effet chimique tel qu'une adsorption ou une condensation ét non pas sous la forme d'une, chaleur sensible. Par conséquent, un critère de conception important pour tout appareil comprenant le système est que cet appareil présente une faible capacitéë-thermique interne. De plus, dans les systèmes classiques alimentés en énergie solaire, les diverses parties du système global sont fabriquées par des usines différentes

et assemblées ou installées par des monteurs différents.

Ceci complique la coordination de la construction et soulève des problèmes en ce qui concerne celui qui sera responsable de l'entretien et d'es réparations futures du système. A cet égard, une considération de conception importante pour tout appareil conforme à,la présente invention est qu'il doit être fermé hermétique-ment et autonome, susceptible d'une production en série et capable d'être installé en unités de diverses capacités pour répondre aux diverses conditions climatiques

et pour être adaptés à des immeubles ayant des besoins en -

chauffage et refroidissement différents.

Conformément à la présente invention, on parvient à ces objectifs si l'appareil décrit ci-dessus est réalisé sous la forme d'unités ou dispositifs modulaires dont plusieurs sont combinés pour assurer une capacité donnée. De plus, pour

agir à la fois comme un dispositif de chauffage et de condi-

tionnement d'air (ou un dispositif de réfrigération), une telle unité présente un emmagasinage thermique inhérent et comporte une source d'énergie d'appoint incorporée. En outre, elle sert de capteur solaire et est constituée principalement à l'aide de matériaux bon marché, tel que le verre. L'unité doit être fabriquée en usine, essayée et expédiée prêt à être branchée à une source d'alimentation

et à un système de canalisations.

En se référant à la figure 13, on voit que l'on a représenté une telle unité modulaire conforme à la présente invention. Cette unité comprend une longue enveloppe de verre tubulaire 100-délimitant une paire de chambres 102, 104, qui, respectivement, correspondent-aux chambres I et II des figures 1-11. Ces chambres sont séparées par une vanne 10 qui est actionnée par un moyen électromécanique à solénoïide 106 télécommandé. La chambre 102 est entourée par un tube de verre 108 disposé coaxialement. On fait le vide dans l'espace annulaire 110 pour réduire à un minimum la perte de chaleur par conduction ou diffusion à partir de la chambre 102. La surface extérieure 112 de la chambre 102 est revêtue d'une matière absorbant les radiations et son intérieur est rempli de matière adsorbante 103,de préférence un gel de silice. Les détecteurs de température et bde pression , 82 sontdisposés respectivement dans les chambres 102, 104. La chambre 102 contient également un dispositif de chauffage d'appoint 120 à résistance électrique. Les conducteurs pour tous les composants électroniques pénètrent par des traversées de cèble 122. La chambre 104 est garnie

d'une matière isolante 114. -

Des canalisations 116, 118 à elles deux forment une

monture pour le dispositif et servent à assurer une com-

munication thermique entre le contenu du tube 100 et l'air extérieur ou intérieur, suivant les besoins. La canalisation 116 est placée en communication thermique avec la matière adsorbante 103 se trouvant dans la chambre 102 grâce à une boucle 123 d'échange de chaleur servant à la circulation du fluide caloporteur. La boucle comporte une structure conductrice de la chaleur q(lui est disposée à l'intérieur de la chambre 102 d'une nature décrite par la suite mais qui n'est représentée ici que schématiquement en 124. Une série d'ailettes]26 disposées à l'intérieur du conduit 116 sert de-surface d'échange de chaleur. Facultativement, la boucle comprend une pompe de circulation 128. Une commununication thermique entre la chambre 104 et la canalisation 118 est établie au moyen (l'une structure conductrice de la chaleur comprenant une série d'ailettes 132 disposées de manière à être en contact avec l'air traversant la canalisation 118 et une série de structures analogues à des cuvettes pour contenir le condensai. Les ailettes 132 et les structures

134 sont en cuivre ou autre métal analogue et sont en com-

munication thermique.

Le montage et la disposition, en vue d'une coopération, d'une multiplicité d'unités modulaires représentées sur la figure 5 sont illustrées sur les figures 14 et 15. De préférence, plusieurs unités disposées sous la forme d'un

panneau 135 sont montées sur un socle 136, les axes longitu-

dinaux 138 des unités respectives étant parallèles et les canalisations 116, 118 étant raccordées en série. Les canalisations 116, 118 aboutissent respectivement à des

chambres de pression 140, 142 qui sont raccordées en paral-

lèle avec d'autres chambres de pression de même conception se trouvant sur d'autres panneaux. Un ou plusieurs systèmes de registres (non représentés) sont utilisés pour diriger soit l'air intérieur, seit l'air extérieur suivant les besoins

le long des canalisations 116, 118 à divers stades du cycle.

Un panneau tel quecelui représenté sur la figure 14 présente

une certaine capacité minimale de chauffage et de refroidis-

sement. Par conséquent, le nombre de panneaux nécessaires pour répondre aux besoins de chauffage et/ou de refroidissement d'espaces d'une structure d'immeuble donnée, située dans une

zone géographique donnée, peut être facilement calculé.

Selon u-n aspect important de la présente invention, le panneau comprend un réflecteur curviligne]44 destiné à la lumière diffuse et comportant plusieurs surfaces spéculaires réfléchissantes 146 correspondant, en coupe, à un segment d'un cylindre placé sur le côté du tube de captage d'énergie qui se trouve à l'opposé du côté exposé-au soleil. Ce système améliore le rendement du captage total d'énergie sans poursuite du soleil ou sans focalisation des radiations réfléchies. De préférence, les tubes ne sont pas distants les uns des autres de plus de trois diamètres et l'axe focal- du récepteur cylindrique se trouve à l'intérieur de la chambre 102. Le rayon de courbure de'la surface du réflecteur

dépasse le rayon du tube et est défini en fonction du dia-

mètre du tube et de l'espacement des tubes. D'autres rensei-

gnements concernant la construction et la disposition spatiale du réflecteur 144 et des ca3teurs d'énergie solaire tubulaires à doubles parois sont donnés dans la demande de

brevet US n' 714 724.

Chaque dispositif modulaire 145 est capable d'effectuer à la fois le cycle de chauffage et le cycle de refroidissement tel que décrit ci- dessus. En bref, la tension de vapeur dans la chambre I augmente. t la désorption de vapeur est effectuée par les radiations solaires 148 absorbées par le revêtement 112. Comme un courant d'air traverse la canalisation 118 et la vanne 10 est ouverte, la vapeur de réfrigérant (de préférence de"l'eau) désorbe,' traverse la vanne et se condense dans les

structures 134 en forme de cuvette, sa chaleur de condensa-

tion étant évacuée par l'intermédiaire des ailettes 132 et se dissipant sous la forme d'air chaud à l'intérieur de l'immeuble. Quand l'insolation cesse, la vanne 10 est fermée, la pompe 128 est actionnée de manière à fair circuler le fluide de refroidissement, par exemple un réfrigérant à' base d'hydrocarbure fluoré, à travers la boucle de refroidissement 124 et de l'air passe le long du conduit 116. Quand une quantité suffisante de chaleur a été évacuée de la chambre 102 à travers la boucle de refroidissement pour abaisser la tension de vapeur du réfrigérant jusqu'à un niveau voulu, sans que l'air traverse la canalisation 118 (de sorte que la chambre 104 se trouve isolée), le solénoïde 106 ouvre la vanne 10. Le condensat aqueux présent dans les structures 134 en forme de cuvettes subit une évaporation instantanée et, de ce fait, gèle. La chaleur d'adsorption, engendrée quand le réfrigérant est adsorbé de nouveau dans l'adsorbant 103 à base de gel de silice pendant l'évaporation instantanée, est évacuée par l'intermédiaire de la canalisation 116 et est utilisée pour chauffer l'immeuble. Ensuite, l'air extérieur passe 3 travers la canalisation 118 et se refroidit au fur et à mesure qu'il cède de la chaleur, par l'intermédiaire des ailettes 138, à la glace contenue dans les structures 134 en forme de cuvette en fournissant ainsi la chaleur de sublimation. La vapeur émigre ensuite à travers la vanne 10 et est adsorbée, sa chaleur de condensation étant évacuée par l'intermédiaire de la boucle de refroidissement 122. En modifiant le débit auquel le fluide de refroidissement traverse la boucle 122 et/ou en modifiant le volume de l'air circulant autour des aileLhes 126 dans la canalisation 116, on peut maintenir la tension de vapeur à l'intérieur de la chambre 102 à un niveau sensiblement constant pendant la réadsorption de la vapeur de réfrigérant. Si, pendant les dernières parties de la dernière phase du cycle, un chauffage à l'aide du dispositif de renfort est nécessaire pour maintenir la température de l'air entrant, on peut obten'ir ce chauffage avec un dispositif de chauffage de renfort situé en aval de Ifa canalisation 116 et de la chambre 140

*(non représentées).

On voit d'après ce qui précède que les unités modulaires individuelles 145 peuvent être fabriquées en grande série, vérifiées en usine-et assemblées sous la forme de panneaux tels que ceux représentés sur la figure 14. Une multiplicité de panneaux, lorsquie ceux-ci sont raccordés au système d'air chaud forcé d'un immeuble,ou bien si un système de tuyauteries était substitué au système de canalisations illustré, au système d'eau chaude forcé d'un immeuble, peut répondre à tous les besoins en chauffage et en refroidissement de cet immeuble. D'une manière avantageuse, les unités captent de façon efficace la lumière solaire et ne comportent qu'une ou deux parties mobiles. On ne peut pas se passer de la vanne 10 et de son mécanisme d'actionnement. Toutefois, la pompe 128 de la boucle de refroidissement 122 n'est pas indispensable à

moins que l'on désire utiliser les caractéristiques de ré-

adsorption sous tension de vapeur constante du procédé de la présente invention. De toutes façons, il est possible de-procêder de manière réglable à un échange de chaleur avec la matière adsorbante 103 simplement en modifiant la quantité

d'air traversant la canalisation 116 et balayant les ailet-

tes 126.

Un autre avantage important de l'unité modulaire décrite

ci-dessus est qu'elle peut être adaptée en vue d'une utili-

Sation avec diverses paires adsorbant/adsorbat qui, par unité de volume de matière adsorbante' exigent des quantités variables de chaleur pour désorber le réfrigérant. Par exemple, un capteur solaire comprenant une paire de tubes disposés coaxialement et un espace annulaire o règne le vide est vendu dans le commerce sous la marque déposée de

SUNPAC de Owens Illinois Corp. Ce-tube a un diamètre intérieur-

de 4,5 cm et une longubur de 122 cm. Son volume intérieur est de 1,900 cm. En supposant qu'il est possible de remplir % de ce volume avec une matière adsorbante, à peu près 1160 g de gel dé silice pourraient être. placés dans le tube. Cette masse de gel de silice, saturée avec de l'eau,

peut être complètement désorbée avec 113,9 Kcal. d'insolation.

Toutefois, le tube SUNPAC est capable de collecter 252 Kcal par jour, voireplus. Sa capacité d'adsorption d'énergie

solaire est rendue maximale grâce à l'utilisation du réflec-

teur de lumière diffuse et grâce à d'autres caractéristiques de conception nouvelle, mais est finalement fonction de la superficie de la surface du tube intérieur, par exemple la

superficie de la surface du tube 100.

Pour tirer complètement partie du cycle de la pompe à chaleur tel qu'on vient de le décrire, il est nécessaire d'augmenter le rapport entre les capacités d'adsorption et de captage d'énergie solaire. Pour un capteur tubulaire, ce rapport se comporte comme le rapport entre le volume intérieur et la superficie de la suirface et donc comme le diamètre du tube. Ainsi, en utilisant un tube de diamètre plus grand, il est possible de répondre aux capacités exigées et d'obtenir un emmagasinage à long terme. Par exemple, avec un tube ayant un diamètre intérieur de 15,2 cm et une longueur de 122 cm, il est possible d'obtenir un emmagasinage d'énergie d'environ 2,2 jours d'exposition solaire à l'intérieur du système si on choisit comme adsorbant le gel de silice. Un tube ayant ces dimensions peut contenir environ 23,300 kg de

gel de silice qui peuvent utiliser environ 2172 Kcal.

d'énergie. Le tube est capable de capter environ 756 Kcal par jour à partir do la chaleur solaire. De ce fait, si aucune chaleur n'est nécessaire dans l'immeuble pendant la nuit, il

faut 2,9 jours avant cue toute l'eau ait désorbée.

Ce type d'mmagasinage n'est pas comparable directement à l'emmagasinçge d'énergie solaire à] 'aide d'autres moyens tels que les réservoirs thermiques. De façon spécifique, l'emmagasinage dans un réservoir thermique classique (par exemple une cuve d'eau) a pour premier rôle de fournir le chauffage la nuit. Le système décrit ci-dessus présente cette aptitude même lorsque la quantité de chaleur nécessaire pour désorber tout]le gel de silice est égale à une capacité de captage d'un jour. IL'idée de base d'un emmagasinage à long terme (par exemple pour plus d'une période de 24 heures) consiste à capter l'insolation qui n'est pas nécessaire en période de temps doux et à l'emmagasiner pour être utilisée au cours de périodes de temps plus sévère. Pour posséder cette aptitude, le système doit avoir la capacité de capter l'énergie solaire en surplus. Un tube capteur possédant,par exemple,

une capacité d'emmàgasiniage de 3 jours peut en réalité emma-

gasiner trois jours d'énergie solaire si son condensat n'est pas utilisé pendant- la nuit. Ainsi, simplement en faisant varier le diamètre du tube, il est possible de modifier le rapport entre la superficie de la surface absorbant les radiations (et de ce fait là capacité d'absorption d'énergie solaire) et le volume de la chambre (et de ce fait la quantité totale de chaleur nécessaire pour désorber le gel de silice)

pour obtenir-certains avantages. De toutes façons, le dia-

mètre ne doit pas être inférieur à celui nécessaire pour atteindre une utilisation efficace de toute la chaleur solaire captée. De préférence, le diamètre est tel qu'un emmagasinage à long terme du type décrit. cidessus est assuré. Quand on utilise des matières adsorbantes autres que le gel de silice, on peut néanmoins donner facilement à la chambre 102 des

dimensions en accord avec les dispositions ci-dessus.

- On va maintenant exposé des considérations relatives au transfert de chaleur et de masse. Un fonctionnement approprié de l'appareil ci-dessus dépend de l'aptitude du dispositif à effectuer à la fois un transfert de chaleur et de masse à des allures élevées. Une analyse indique que le processus limitant l'allure au cours du cycle est le transfert de chaleur interne vers et depuis la matière adsorbante. Ce transfert de chaleur a lieu par diffusion thermique, et, de ce fait, la propriété importante de l'adsorbant est son pouvoir de diffusion thermiquecS. La distance de diffusion D sur laquelle une perturbation se déplace jusque dans un milieu par diffusion pendant le temps t est donnée par la formule DavOaLt L'importance de cette distance réside dans le fait que, si une variation de température a lieu au voisinage d'une

- masse de gel de'silice d'épaisseur h et si ensuite suf-

fisamment de temps s'écoule pour que la distance de dif-

fusion D soit comprise entre environ h et 2h, le transfert de chaleur transitoire est alors essentiellement total. Pour le gel de silice,",= 780 x 104 dm /h; de ce fait, en 5 minutes, D = 8 mm, en 10 mn, D = 11,4 mm, et en 15 mn, D = 13,9 mm. Si le gel de silice est l'adsorbant choisi, il doit être placé dans la chambre 102 en couches d'environ 6,36 mm à 12, 7 mm, chaque couche ayant accès à une surface de transfert de;chaleur en une matière de conductibilité thermique élevée, comme par exemple le cuivre. Grâce à cette conception, il est possible de transférer complètement la chaleur transitoire à travers le gel de silice jusqu'à un conducteur thermique en environ 10-12 min. Ce cadré de temps

permet aux diverses modifications dynamiques d'avoir lieu -

dans le système rapidement, et il en résulte que l'on dispose

d'un dispositif asservi pouvant être commandé facilement.

Quand on utilise d'autres matières adsorbantes ayant un pouvoir de diffusion thermicque égal à.-dm2/h, la distance D en n'importe quel point à l'intérieur de la matière adsorbante et une feuille de matière conductrice de la chaleur doit par consequent être</V',c (c'est-à-dire un temps de diffusion de 12 minutes) même plus et de préférence 0--.1 Dans la plage de tensions de vapeur et- de concentrations qui apparaissent au cours des cycles décrits, le transport de vapeur dans l.e lit adsorbant ou à partir de ce lit, a lieu par diffusion. L'allure de diffusion est l'allure qui limite l'opération au cours du processus massique global, car le processus d'adsorption lui-mêmne est instantané par rapport à l'émigration de vapeur. Pour la diffusion transitoire de vapeur dans le gel de silice, la capacité de diffusion du gel estC =67,508 dm2/h. En donnant cette distance l=O tgaon peut v voir que pour le gel de silice, la vapeur diffuse sur 15,24 cm en environ 5 minutes et diffuse sur environ 7,6 cm en 1,27 minute. Par conséquent, si la matière adsorbante est disposée dans la chambre 102 de telle sorte que la vapeur n'ait pas à

parcourir plus que 7,6 cm, le temps transitoire pour la dif-

fusion de la masse est d'environ 1,1/4 minute. La diffusion maesique a lieu environ quatre fois plus rapidement que la diffusion thermique. Pour d'autres matières adsorbantes ayant une capacité de diffusion de vapeurc(v, la distance entre n'importe quel point au sein de cette matière et un trajet d'écoulement de vapeur doit être-. La diffusion massique

à partir de la mati.re adsorbante jusqu'à un trajet d'écou-

lement de vapeur sera de ce fait complète en un temps pas plus élevé qu'enviroh 12,minutes et la diffusion thermique et massique apparaît à peu près dans les mêmes temps. De préférence,& A 5 L V. Un mode de réalisation qui peut répondre aux exigences de dimensions précitées dans l'environnement de la chambre ]02 de l'unité modulaire représentée sur la figure 13, est illustrée sur les figures 16-18. La matière adsorbante est tassée sous la forme de minces gaufres entre lesquelles

sont placés des disques ou feuilles de cuivre plus mince.

Au moins un des bords de la gaufre est exposé au trajet d'écoulement de la vapeur. Une telle gaufre, représentée sur la figure 18, a une épaisseur T qui n'est pas supérieure à 2Y,ôC, oỏ(est le pouvoir de diffusion-thermique de la matière adsorbante exprimé en dm /heure. Pour le gel de silice, T n'est pas supérieur à environ 25,4 mm. Par conséquent, la chaleur peut diffuser de n'importe quel point au sein de la gaufre jsqu'à une feuille de cuivre ou autre feuille en matière conductrice en contact avec les côtés de la gaufre en 12 minutes environ. La hauteur H de la gaufre, pour une matière adsbrbante ayant un pouvoir de diffusion de vapeurOCy dm /h, ne doit pas être supérieure à environ

si le sommet 150 et la base 152 sont en communi-

cation avec un trajet d'écoulement de vapeur. Si un trajet d'écoulement de vapeur est disposé à l'endroit de la surface uniquement (la surface inférieure 152 se termine par une paroi), alors la hauteur H ne doit pas être supérieure à Voc v de sorte que la diffusion massique à partir de n'importe quel point dans la gaufre de matière adsorbante jusqu'à la surface 150 adjacente au trajet d'écoulement de vapeur est terminée en 12 minutes environ. Pour le système

gel de silice/eau, I1 est de préférence_<7,6 cm.

Se référant aux figures 16 et 17, on voit que l'on y.a représenté une structure conductrice de chaleur que l'on préfère pour être utilisée dans la chambre 102 de l'unité modulaire de la figure 13. Cette structure consiste en une boîte 154 comprenant une enveloppe cylindrique 156 traversée par une multiplicité de séparateurs ou ailettes 158 qui sont conductrices de la chaleur et qui, en combinaison avec l'enveloppe 156, délimitent une multiplicité de puits ou alvéoles 160. Chaque alvéole contient une gaufre de matière adsorbante telle que celle représentée sur la figure 18. Le

fond de la boite est fermé. La surface extérieure de l'envelop-

pe 156 est noircie pour faciliter la réception de chaleur à

partir des parois 112 du tube de captage d'énergie solaire.

La surface intérieure 162 du tube 112 de captage d'énergie

solaire est revêtue d'une matière à fort pouvoir émissif.

La boite 154 comporte une multiplicité de tubes de refroidissement 154 qui servent à la double fin d'assurer un

passage pour la circulation du fluide (représenté schémati-

quement sur la figure 13 sous la forme de la partie 124 de la boucle fermée 122 d'échange de chaleur) et de servir de raccords entre les boîtes disposées axialement à l'intérieur de la chambre]02. Conuie on peut le voir, chaque tube comporte une section t ronconique femelle 166 et une section tronconique mâle 168 disposées à ses extrémités opposées. Les sections mâle et femelle s'emboîtent de façon étanche comme illustré sur la figure 17 pour former quatre passages continus. Ies tubes de refroidissement sont eux-mêmes en cuivre ou en un métal analogue et se trouvent en bon contact thermique avec les ailettes 158 et l'enveloppe 156(. Il peutit être avantageux d'utiliser une toile métallique 172, ou toute autre matière similaire, entre les boîtes empilées intermédiaires 154, cela pour donner au dispositif une résistance mécanique

structurale supplémentaire.

Les sections coniques mâle et femelle 166, 168 lorsqu'el-

les sont emboîtées mutuellement comme représentées sur la figure 17 comprennent ensemble un moyen de séparation axial qui sépare l.es boîtes adjacentes en délimitant ainsi un trajet d'écoulement de vapeur radial 170 entre les boîtes. De plus, la-section conique femelle 166 s'étend radialement hors de l'enveloppe 156 et'sert d'entretoise radiale pour séparer les boîtes 154 de la surface intérieure 162 du tube 100. Un

espace annulaire 174 est donc défini entre les surfaces ex-

térieures des enveloppes]156 des boîtes 154 et la surface intérieure du tube 100. L'espace précité s'étend axialement le long du tube et sert de trajet d'écoulement axial pour

la vapeur.

Pendant]e fonctionnement, une diffusion thermique peut avoir lieu depuis n'importe quel point situé au sein de la

gaufre de matière adsorbante jusqu'à une ailette 158 conduc-

trice de cha]leur au moins en 12 minutes environ. La diffusion massique de vapeur, même à partir d'un point adjacent à la partie inférieure 152 des gauffres de matière adsorbante jusqu'à un trajet d'écoulement de vapeur 170, a lieu en beaucoup moins de temps.],L vapeur peut donc émigrer le long

des trajets d'écoulement r-idiaux 1.70 jusqu'au trajet d'écou-

lement axial 174 puis jus(iz'à la vanne 10 de l'unité modulaire.

De plus, la chaleur peut et re évacuée de la matière adsorbante

ú 2474662

par le flux caloporteur circulant le long des tubes de

refroidissement 164. Bien entendu, les tubes de refroidis-

sement présents dans la botte en un point adjacent à l'ex-

trémité de la chambre 102 seraient modifiés de manière qu'une boucle fermée soit formée. L'un des obstacles s'opposant à l'exploitation du phénomène de sublimation de la glace en-dessous du triple point pour une réfrigération à températures basses avec de l'eau est la diffusion de la chaleur dans la glace. La diffusion thermique dans la glace est relativement lente par rapport aux autres processus ou phénomènes de transfert de chaleur utilisant une réfrigération classique. Le pouvoir de diffusion thermique de la glace, glace, est égal à 41,34 dm /h. Si l'épaisseur de la glace est maintenue à environ 12,7 cm, le temps nécessaire pour qu'une perturbation thermique

se diffuse à travers cette épaisseur est d'environ 5,8 minutes.

Ce temps peut être comparé au temps nécessaire pour une dif-

fusion thermique clans le gel de silice dans des gaufres ayant des dimensions telles que celles mentionnées ci-dessus. Pour - 20 d'autres adsorbats ayant un pouvoir de diffusion thermique la distance entre une paroi du récipient contenant le condensat et tous.les points au sein du condensat doit être de préférence Ve 2cL Dans l'unité modulaire

représentée sur la figure 13, ces caractéristiques de concep-

tion sont matérialisées par une multiplicité de récipients 134 analogues à des cuvettes, ces récipients étant formés d'une matière conductrice de la chaleur, telle que le cuivre, et étant couplés directement aux ailettes 132. Chacun des récipients discrets 134 est ouvert vers la chambre 104, et,

de ce fait, l'écoulement libre de vapeur est assuré.

La sublimation de la glace, ou la volatilisation de tout autre réfrigérant, et le transfert de chaleur à partir de la matière adsorbante à base de gel ont lieu simultanément dans les chambres respectives pendant toute phase donnée du

cycle. Au cours de ce processus, la sublimation et l'ex-

traction de chaleur à partir du gel de silice sont soumises à une commande extérieure. L'effet net est que le temps de réponse du système est plus long que les temps de réponse des deux phénomènes et n'est pas égal à la somme de ces temps. Par conséquent, la diffusion thermique dans le gel de silice reste l'allure qui limite le phénomène pendant le

fonctionnement du système.

On va maintenant décrire des utilisations et des modifications du dispositif. D'après l'exposé qui précède, il va de soit, que sans sortir du cadre de l'esprit de la présente invention, un grand nombre de modifications peuvent être apportées au cycle lui-même, aux procédés d'exploitation de la capacité de chauffage et/ou de refroidissement du cycle, ou le decTré de commande auquel le cycle peut être soumis, à la nature de l'appareil dans lequel le cycle a lieu et aux

utilisations auxquelles le système peut servir.

Ainsi, on peut optimiser le cycle en vue.d'une utili-

sation sous divers climats, par exemple en choisissant une paire particulière adsorbant/adsorbat et en utilisant un refroidissement mutẻ1avec un courant d'air froid de retour, pendant certaines parties du cycle, et en prenant d'autres

mesures similaires qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Comme on l'a mentionné ci-dessus, divers moyens pour emmagasiner la capacité de refroidissement engendré dans le système en vue d'être utilisée pendant les périodes d'insolation intense, en plus de ceux décrits spécifiquement

ci-dessus, sont également possibles.

Certaines des variations plus importantes dans le cycle

de base impliquent-une commande de diverses phases du proces-

sus pour rendre optimal le rendement thermodynamique. Ainsi, dans la chambre I,,comme on l'a mentionné ci-dessus,on peut réaguler la tension de vapeur en commandant le transfert de chaleur de telle sorte que l'adsorption et la désorption se produisent à tension de vapeur constante ou au voisinage de cette tension, par exemple le long des lignes R (B-C) et O(D'-A).de la figure 12. De cette façon, les processus thermodynamiques pendant le cycle ont lieu de façon efficace dans des conditions plus ou moins réversibles. Un autre exemple de cet aspect de l'invention implique une commande de la vanne 10 pendant ou avant le stade D'-A, de sorte que la température du réfrigérant condensé dans la chambre II et,

2474662-

de ce fait, la température d'évaporation, soient maintenues juste légèrement en-dessous (par exemple -120C) de la température de l'atmosphère qui règne alors. De cette façon, la-température de l'évaporation peut être maintenue à des valeurs optimales par rapport à ce qui sera fréquemment une température d'atmosphère variable. De plus, en période de temps nocturne chaud, on peut commander la vanne 10 de façon que ne pénètre dans la chambre I que la seule quantité de vapeur nécessaire pour libérer la petite quantité de chaleur indispensable pour maintenir la température intérieure. Le condensat est donc conservé en vue de son utilisation lors

d'un temps ultérieur plus sévère.

Il n'est pas indispensable qu'un appareil pour utiliser le cycle se présente sous la forma d'une unité modulaire telle que celle décrite dans le présent exposé. En fait, dans des situations particulières, il se peut qu'il ne soit pas nécessairement avantageux d'utiliser le système sous une

forme modulaire.

L'exposé qui précède se rapporte principalement à des besoins de chauffage et de refroidissement d'espace. Toutefois, il-va de soit que'le système peut être adapté, sans sortir du cadre de la présente invention, à une grande diversité

d'autres applications; Les exemples non limitatifs compren-

nent un immeuble comportant une section refroidie et une section chauffée. Dans ce cas, -la chaleur pourrait être extraite de la section refroidie, tandis que les parties restantes de l'immeuble seraient alimentées en chaleur. On pourrait obtenir ce résultat en un seul cycle simplement en

dirigeant de nouveau de façon appropriée les flux d'air.

La chaleur qui est extraite de la section réfrigérée et qui n'est pas nécessaire pour maintenir la température du restant de l'immeuble pourrait être rejetée dans l'atmosphère extérieur; la chaleur nécessaire en supplément de celle extraite de la section réfrigérée pour réchauffer l'immeuble pourrait être extraite de l'air extérieur. Un autre exemple d'utilisation du procédé (le l'appareil de'l'invention est

d'assurer une capacité de réfrigération pour les navires de.

- ' 2474662

haute mer, tels que les navires de pêche. Dans cette appli-

cation, la chaleur pourrait avantageusement être rejetée directement dans l'eau de l'océan relativement froide. Il

peut être également utile d'équiper la chambre II d'un ré-

servoir d'adsorption supplémentaire de telle manière qu'une certaine partie de la chaleur de vaporisation du cycle de

travail pourrait être emmagasinée plutôt que d'être trans-

férée à la source thermique devant être réchauffée.

Quand on essaie de construire des pompes à chaleur mécanique à pousieurs étages pour transférer la chaleur sur de très grandes différences de température (par exemple 139 C), il est habituellement nécessaire d'utiliser des compresseurs multiples, des échangeurs de chaleur multiples, etc., qui tous coûtent chers et exigent un entretien. Le cycle chimique intermittent décrit dans le présent exposé offre un avantage unique pour une réalisation avec un

matériel très simple par rapport aux dispositifs mécaniques.

Ainsi, on peut réaliser un étage comme représenté sur la figure 19 dans lequel la chambre évaporateur/condenseur II d'un premier système ou étage 200 est incorporée à la

chambre adsorbeur/désorbeur I d'un second système 202.

Ainsi, on pourrait coupler directement le système gel de silice/eau décrit ci-dessus à un second système en utilisant, par exemple, du gel de silice.et de l'éthanol pour extraire la chaleur à parti.r de températures très basses. Dans une variante, ce système pourrait être couplé à un autre système

adsorbant/acdsorbat pour délivrer de la chaleur à des tempé-

ratures très élevées. Le couplage, dans ce cas, exigerait uniquement que la chambre appropriée d'un des systèmes soit

immergée dans son récipient complémentaire de l'autre système.

Dans le système décrit sur la figure 19, la chaleur solaire est utilisée pour désorber la vapeur dans la chambre I et la vapeur est condensée dans la chambre II comme il est courant. La chaleur de condensation de la vapeur désorbe une autre vapeur contenuc dclans la chambre adsorbeur/désorbeur I du système 202 et cette vapeur est a son- tour condensée à une température basse dains la chambre II. Quand le processus est inversé, la phase licuide (ou solide) dans la chambre II

2474662-

reçoit de la chaleur d'un réservoir sous température basse et la chaleur de réadsorption finalement engendrée dans la chambre I du système 200 est fournie au réservoir dans lequel la chaleur est désirée. Un tel système étagé présente certains avantages pratiques pour un emmagasinage supplémentaire, un

fonctionnement dans des climats très sévères, ou éventuel-

lement pour un chauffage industriel.

Il est bien entendu que la description qui précède n'a

été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif

et que des variantes ou des modifications peuvent y être ap-

portées dans le cadre de la présente invention. Par ailleurs, dans le présent exposé, on entend par "source thermique" tout milieu susceptible de recevoir ou de céder de la chaleur,

c'est-a-dire fournir des calories ou des frigories.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour chauffer une source thermique en utilisant les radiations solaires comme source d'énergie principale, ledit procédé étant caractérisé par le fait que: A) on utilise un capteur d'énergie solaire; B) on utilise une enveloppe étanche à la pression et délimitant les première et seconde chambres séparées pat une vanne, ladite enceinte contenant un réfrigérant de travail, ladite première chambre étant en communication thermique avec ledit capteur et contenant une matière adsorbante capable d'adsorber ledit réfrigérant de façon exothermique; C) on augmente la tension.de vapeur dans ladite première chambre et on désorbe le Réfrigérant (le la matière adsorbante en utilisant l'énergie solaire; D) on permet à la vapeur réfrigérante désorbée d'émigrer à travers la vanne dansI ladite seconde chambre et on condense

la vapeur qui s'y trouve en transférant la chaleur de conden-

sation du réfrigérant à la source thermique; E) on ferme la vanne de manière à isoler les chambres; F) on transfère la chaleur de la matière adsorbante à la source thermique de manière à abaisser la tension de vapeur dans ladite première chambre; G) on ouvre la vanne pendant un temps suffisant pour refroidir le réfrigérant condensé dans ladite seconde chambre par évaporation instantanée jusqu'à une température inférieure à la température de l'atmosphère; H) on réadsorbe dans ladite matière adsorbante la vapeur de réfrigérant produite pendant l'évaporation instantanée au cours de la phase G, et on transfère la chaleur d'adsorption résultante de ladite première chambre à la source thermique;

I) on vaporise dans ladite seconde chambre le réfrigérant-

refroidi en extrayant de la chaleur de l'atmosphère pour obtenir la chaleur de vaporisation du réfrigérant; J) on permet à la vapeur de réfrigérant produite au cours de la phase (T) d'émigrer à travers la vanne dans ladite première chambre de manière à être réadsorbée dans ladite matière adsorbante et on transfère la chaleur d'adsorption 5.6 résultante de ladite première chambre à ladite source thermique

par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, pendant la phase (J), on enlève suffisamment de

chaleur de ladite première chambre pour abaisser la tension de-

vapeur et la température qui y règnent jusqu'à une valeur sensiblement égale à la tension de vapeur et à la température

régnant avant le déclenchement de la désorption de la phase (C).

3. Procédé suivant la revendication 2, la température

étant inférieure à la température de la source thermique, carac-

térisé par le fait que l'on élève en outre la température du fluide caloporteur en utilisant un dispositif de chauffage et de renfort après que ledit fluide a évacué la chaleur de

ladite première chambre.

4. Procédé suivantila revendication l,-caractérisé par le fait que l'on effectue la réadsorption de la phase (J) à

une tension de vapeur sensiblement constante en réglant l'al-

lure de l'échange thermique entre ladite première chambre et

ledit fluide.

5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière adsorbante est du gel de silice et le

réfrigérant de l'eau.

6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on refroidit le réfrigérant en-dessous de son point de congélation au'cowrs de la phase (G) de manière à obtenir un produit solide et on fournit à ce produit solide de la chaleur de fusion et de la chaleur de vaporisation au cours

de la phase (I).

7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on fournit la chaleur nécessaire pour désorber le réfrigérant au cours de la phase (C) en partie à l'aide d'un dispositif de chauffage d'appoint alimenté par une énergie

non solaire.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à la fin de la phase (J), un réfrigérant sous une forme non vaporisée subsiste dans ladite seconde chambre pour constituer une réserve thermique et que l'on répète les phases

(C-J).

9. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on obtient la désorption de la phase (C) à l'aide

d'une exposition solaire supérieure à 1 jour.

10. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, durant les phases (F) et (J), on extrait de la chaleur de ladite première chambre en faisant circuler un fluide caloporteur dans une boucle fermée à travers ladite matière adsorbante.

11. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le

fait que la source thermique comprend l'intérieur d'un immeuble.

12. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la source thermique comprend une chambre d'adsorption/ désorption d'une pompe à chaleur à effet chimique de sorte

qu'il en résulte un pompage de chaleur étagée.

13. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, pendant la phase (G), on refroidit le réfrigérant condensé jusqu'à une température convenant pour un échange de chaleur efficace du point de vue thermodynamique avec la

température courante de l'atmosphère qui règne alors.

14. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, pendant la phase (I), on commande ladite vanne de manière que la quantité de vapeur liDérée dans ladite première chambre soit la quantité minimale capable d'engendrer

une chaleur d'absorption suffisante pour maintenir la tempé-

rature de la source thermique.

15. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par

le fait que, pendant la phase (I), la température de l'atmos-

phère varie et que l'on coîmnande ladite vanne de manière à maintenir la température de vaporisation à une valeur choisie en-dessous de la température courante qui règne alors dans l'atmosphère.

16. Procédé pour refroidir une source thermique en uti-

lisant des radiations solaires comme source d'énergie prin-

cipale, le procédé susvisé étant caractérisé par le fait que A) on utilise un capteur solaire;

B) on utilise une enveloppe étanche à la pression et déli-

mitant des première et seconde chambres séparées par une vanne, ladite enceinte contenant un réfrigérant de travail, ladite première chambre étant en communication thermique avec ledit capteur et contenant une matière adsorbante capable d'adsorber ledit réfrigérant de façon exothermique; C) on élève la tension devapeur dans ladite première chambre et on désorbe le réfrigérant de la matière adsorbante en utilisant l'énergie solaire; D) on permet à la vapeur réfrigérante désorbée d'émigrer à travers ladite vanne 'dans ladite seconde chambre et on condense la vapeur qui s'y trouve en transférant la chaleur de condensation du réfrigérant à l'atmosphère; E) on ferme la vanne de manière à isoler les chambres; F) on transfère la chaleur de la matière adsorbante dans l'atmosphère de manière à abaisser la tension de vapeur dans ladite première chambre; G) on ouvre la vanne pendant un temps suffisant pour refroidir le réfrigérant condensé dans ladite seconde chambre

par une évaporation-instantanée jusqu'à une température infé-

rieure à la température de la source thermique devant être refroidie; H) on vaporise le réfrigérant refroidi dans ladite seconde chambre en extradant de la chaleur de ladite source thermique devant être refroidie pour obtenir la chaleur de vaporisation du réfrigérant; 1) on permet a la vapeur de réfrigérant produite au cours de la phase (H) d'émigrer à travers la vanne dans ladite première chambre de manière à être réadsorbée dans ladite matière adsorbante et on transfère la chaleur résultant de l'adsorption

de ladite première chambre dans l'atmosphère par l'intermé-

diaire d'un fluide caloporteur.

17. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que, pendant la phase (I), on évacue suffisamment de chaleur de ladite première chambre pour fixer la tension de vapeur qui y règne à une valeur sensiblement égale à la tension de vapeur régnant avant la désorption de la phase (C).

18. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que l'on effectue la réadsorption de la phase (1) à une tension de vapeur sensiblement constante en réglant l'allure de l'échange de chaleur entre ladite première chambre et ledit fluide.

19. rrocédé suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que l'adsorbant est du gel de silice et le réfrigérant

de l'eau.

20. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que le réfrigérant est de l'eau, que l'eau est refroidie en-dessous de son point de congélation au cours de la phase (G) pour former de la glace et que la chaleur-de fusion et la chaleur de vaporisation sont extraites de la source de chaleur

devant être refroidie au cours de la phase (H).

21. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que la chaleur nécessaire pour désorber le réfrigérant

au cours de la phase (C) est fournie en partie par un dispo-

sitif de chauffage d'appoint alimenté par une énergie non solaire.

22. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que, pendant la phase (1), on évacue de la chaleur

de ladite première chambre en faisant circuler un fluide calo-

porteur dans une boucle fermée à travers ledit adsorbant.

23. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que la source thermique comprend une masse de matière qui gèle pendant la phase (H) et qui est utilisée

ensuite comme réservoir de frigories (capacité de refroidis-

sement).

24. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé par

le fait que la source thermique est l'intérieur d'un immeuble.

25. Procédé suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que la source thermique comprend l'ensemble condenseur/

évaporateur d'une pompe à chaleur à effet chimique.

26. Appareil pour commander la température d'une source thermique utilisant des radiations solaires comme source d'énergie principale, ledit appareil étant caractérisé par le fait qu'il comprend un capteur d'énergie solaire; une première chambre fermée de façon étanche et destinée' à adsorber et désorber un réfrigérante ladite chambre étant en communication thermique avec ledit capteur et contenant une matière adsorbante ainsi qu'un réfrigérant susceptibles d'être adsorbés et condensés; une seconde chambre fermée de façon étanche et destinée à condenser et à évaporer une vapeur du réfrigérant; une vanne mettant en communication lesdites chambres situées de part et d'autre de ladite vanne; un premier échangeur de chaleur destiné à évacuer de la chaleur de ladite première chambre; et un second échangeur de chaleur destiné à l'échange de chaleur entre ladite seconde chambre et le fluide extérieur à cette dernière, ledit appareil pouvant fonctionner de manière à exécuter un cycle intermittent de pompe à chaleur alimentée en énergie solaire, capable de fournir-de la chaleur à une source thermique et à extraire de la chaleur de cette source.

27. Appareil suivant la revendication 26, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un moyen pour commander

l'allure de l'échange de chaleur avec ladite première chambre.

28. Appareil suivant la revendication 26, caractérisé

par le fait qu'il comprend, en outre, un dispositif de chauf-

fage de renfort situé en aval dudit premier échangeur de chaleur.

29. Appareil suivant la revendication 26, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un dispositif de chauffage d'appoint en communication thermique avec ladite matière adsorbante pour compléter l'énergie solaire captée par ledit capteur.

30. Appareil suivant la revendication 26, caractérisé

par le fait qu'il comprend un moyen pour effectuer la permuta-

tion d'échange thermique entre lesdites chambres et le fluide extérieur à cette dernière entre un premier état dans lequel de la chaleur est échangée avec la source thermique et un second état dans lequel de la chaleur est échangée avec l'atmosphère.

31. Appareil suivant la revendication 26, caractérisé par le fait que la auantité de chaleur pouvant être captée par ledit capteur solaire au cours d'une journée et la quantité de réfrigérant se trouvant à l'intérieur desdites chambres sont supérieures à celles nécessaires pour répondre aux besoins en chauffage de la source thermique, grâce à quoi de la chaleur peut être sotckée sous la forme d'un réfrigérant

condensé dans ladite seconde chambre.

32. Appareil suivant la revendication 26, caractérisé par

le fait que le réfrigérant est de l'eau.

33. Appareil suivant la revendication 32, caractérisé par

le fait que la matière adsorbante est du gel de silice.

34. Appareil suivant la revendication 26, caractérisé par le fait que le fluide est de l'air, ledit appareil comprenant,

en outre, un système de registres destiné à diriger l'écou-

lement de l'air en échange thermique avec lesdits premier et second échangeurs de chaleur, ledit système de registres pouvant être actionné en vue: A) d'une admission à partir de l'atmosphère et d'un échappement dans l'atmosphère;

B) d'une admission à partir de l'atmosphère et d'un échap-

pement dans la source thermique; C) d'une admission à partir de la source thermique et d'un échappement dans l'atmosphère; et D) d'une admission à partir de la source thermique et d'un

échappement dans la source thermique.

- 35. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un moyen de stockage de

frigories que l'on peut utiliser pendant les périodes d'inso-

lation.

36. Appareil alimenté principalement par les radiations

solaires à la fois pour chauffer et refroidir l'espace inté-

rieur d'un immeuble, ledit appareil pouvant fonctionner de manière à exécuter un cycle intermittent de pompe à chaleur à adsorption et étant caractérisé par le fait qu'il comprend A) une première chambre contenant une matière adsorbante

et un réfrigérant, ladite première-chambre étant en communi-

cation.thermique aveç un échangeur de chaleur pouvant fonc-

tionner dans un premier mode pour un échange de chaleur avec ledit espace intérieur et dans un second mode pour un échange de chaleur avec l'atmosphère; B) une seconde chambre pour vaporiser -et condenser une

vapeur de réfrigérant, ladite seconde chambre étant en commu-

nication thermique avec un second échangeur de chaleur pouvant fonctionner (a) dans un premier mode pour échanger de la chaleur avec l'espace intérieur, (b) dans un second mode pour isoler thermiquement ladite seconde chambre, et (c) dans un troisième mode pour échanger de la chaleur avec l'atmosphère; C) une vanne qui est interposée entre lesdites première et seconde chambres et qui, lorsqu'elle est ouverte, assure la présence d'un trajet de transfert de vapeur entre lesdites chambres, lesdites chambres et le trajet précités constituant un ensemble étanche vis-à-vis de la pression; D) un capteur d'énergie solaire en communication thermique avec ladite première chambre; E) des détecteurs de température et de pression dans lesdites chambres; et F) un moyen pour commander ladite vanne et-pour mettre en oeuvre et choisir un mode de fonctionnement de chacun desdits premier et second échangeurs de chaleur en réponse à des signaux provenant desdits détecteurs de température et de pression.

37. Appareil suivant la revendication 36,-caractérisé par le fait que, lorsque la température de l'espace intérieur est inférieure à la température choisie, ledit moyen de commande peut fonctionner de manière à exécuter un cycle de chauffage d'espace dans lequel A) au cours de la première phase, pendant l'insolation, ladite vanne est ouverte et ledit second échangeur de chaleur est placé dans ledit premier mode; B) au cours d'une seconde phase, ladite vanne est fermée et ledit premier échangeur de chaleur est placé dans ledit premier mode; C) au cours d'une troisième phase, ladite vanne est ouverte, ledit premier échangeur Le chaleur est placé dans ledit premier mode et ledit second échangeur de chaleur est placé dans ledit second mode; et D) au cours d'une quatrième phase, ladite vanne est ouverte, ledit premier échangeur de chaleur est placé dans ledit premier mode et ledit second échangeur est placé dans ledit troisième mode.

38-. Appareil suivant la revendication 37, comprenant en outre un dispositif de chauffage de renfort alimenté par une énergie non solaire et placé en aval dudit premier échangeur de chaleur, caractérisé par le fait que, pendant la phase (D),

lorsque la température de ladite première chambre tombe en-

dessous de la température de l'espace intérieur dudit immeuble, ledit moyen de commande peut agir de manière à mettre en fonction le dispositif de chauffage de renfort précité pour

fournir une chaleur supplémentaire à l'immeuble.

39. Appareil suivant la revendication 36, caractérisé par le fait que lorsque la température intérieure est supérieure à une température intérieure choisie, ledit moyen de commande agit de manière à exécuter un cycle de refroidissement d'espace intérieure d'immeuble, cycle dans lequel:

2474662-

A) au cours d'une première phase, pendant l'insolation, ladite vanne est ouverte et ledit second échangeur de chaleur est placé dans ledit troisième mode; B) au cours d'une seconde phase, ladite vanne est fermée, et ledit premier échangeur de chaleur est placé dans ledit second mode; C) au cours d'une troisième phase, ladite vanne est ouverte, ledit premier échangeur de chaleur est placé dans ledit second mode, et ledit second échangeur de chaleur est placé dans ledit second mode; et D) au cours d'une quatrième-phase, ladite vanne est ouverte, ledit premier échangeur de chaleur est placé dans ledit second mode, et ledit second échangeur de chaleur est placé dans ledit

premier mode.

40. Appareil suivant les revendications 37 ou 39, carac-

térisé par le fait que ledit premier échangeur de chaleur comprend un moyen pour.mbdifïer l'allure de l'échange de chaleur avec ladite première chambre et que, pendant la phase (D), le moyen de commande précité agit de manière à régler l'allure de

l'échange de chaleur de manière à maintenir sensiblement cons-

tante la tension de vapeur dans ladite première chambre.

41. Appareil suivant la revendication 36, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un dispositif de chauffage d'appoint alimenté par une énergie non solaire et disposé dans

ladite première chambre.

42. Appareil suivant la revendication 39, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un moyen de stockage de

frigories qui peut être utilisé pendant les périodes d'insolation.