FR2501347A1 - Dispositif de captation d'energie photothermique et son application aux installations de refrigeration - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE CAPTATION 2 DU TYPE FONCTIONNANT SELON DES CYCLES SUCCESSIFS D'ABSORPTION-DESORPTION IN SITU D'UN FLUIDE DANS ET HORS D'UN MATERIAU ACTIF ADSORBANT 24 SOUMIS A UN RAYONNEMENT PHOTOTHERMIQUE INTERMITTENT R. SELON L'INVENTION, CE MATERIAU EST CONTENU DANS UNE PREMIERE ENVELOPPE CYLINDRIQUE 21 ELLE-MEME ENTOUREE D'UNE SECONDE ENVELOPPE 20 DE PREFERENCE EN VERRE, DE MANIERE A CREER UNE ENCEINTE 22 ENTRE CES DEUX ENVELOPPES DANS LAQUELLE UN VIDE PARTIEL A ETE ETABLI. LA PREMIERE ENVELOPPE 21 EST RECOUVERTE D'UN MATERIAU 23 ABSORBANT SELECTIF DU RAYONNEMENT PHOTOTHERMIQUE R. APPLICATION AUX INSTALLATIONS DE REFRIGERATION, CELLES-CI COMPORTANT AU MOINS UN DISPOSITIF UTILISE COMME SOURCE CHAUDE.

Description

DISPOSITIF DE CAPTATION D'ENERGIE PHOTOTHERMIQUE ET SON
APPLICATION AUX INSTALLATIONS DE REFRIGERATION
La présente invention se rapporte aux dispositifs de captation de l'énergie photothermique du type mettant en jeu des phénomènes d'adsorption et de désorption, accompagnés d'échange de chaleur, dite chaleur d'adsorption et de désorption, en particulier pour produire du froid.

Dans des installations conventionnelles de l'art connu, selon une première variante, ces échanges sont effectués dans un dispositif extérieur au capteur photothermique appelé échangeur avec toutes les pertes inhérentes à ce type d'installation. La chaleur nécessaire à la désorption est transportée par un fluide circulant entre le capteur et l'échangeur.

Pour augmenter le rendement de ces installations, il a été proposé une réalisation selon une seconde variante dans laquelle l'élément actif d'adsorption-désorption est intégré dans un capteur plan photothermique. Il s'agit d'un capteur plan à air possédant une couche absorbante sélective délimitant un volume rempli de zéolithe ou autre adsorbant sur une épaisseur de quelques centimètres. Ce type de capteurs de structure plane se présente en général sous la forme d'un caisson au fond duquel est disposé le matériau actif ; le capteur étant muni, sur sa face supérieure exposée au rayonnement solaire, d'une glace transparente séparée du matériau actif par une lame d'air. Ces capteurs fonctionnent selon le principe de l'effet de verre. Ils ont cependant un rendement qui reste peu élevé.Ceci est dû en partie aux pertes par convection thermique dans l'air compris entre la glace supérieure et le matériau actif. En outre la géométrie n'est pas adaptée à une exposition maximale. Il est donc souhaitable de réaliser le vide entre la glace supérieure et les éléments adsorbants. La structure plane n'est pas adaptée à cette exigence.

Des collecteurs d'énergie solaire de forme tubulaires sont par ailleurs connus. Un tel collecteur d'énergie solaire est décrit, par exemple, dans la demande de brevet européen publiée EP-A-0016693.

On peut mettre en oeuvre, par exemple, le principe du caloduc pour le drainage de l'énergie solaire collectée. Le collecteur est constitué par une enveloppe divisée en deux parties: la première partie, exposée aux rayonnements solaires, étant recouverte d'un matériau absorbant et placée sous vide, et la seconde partie étant placée au contact de l'élément à chauffer.

L'enveloppe contient un liquide qui se vaporise dans la première partie, absorbant de la chaleur, et se condense dans la seconde partie, libérant ainsi la chaleur précédemment emmagasinée. Le dispositif comporte en outre des moyens pour ramener le fluide en phase liquide vers la première partie du tube.

Le matériau absorbant est en général un oxyde de métal, ou un matériau plastique absorbant. Ce type de collecteur peut-être utilisé comme capteur dans les dispositifs selon la première variante de l'art connu précitée. Le rendement de captation est amélioré par rapport à celui d'un capteur plan, mais les pertes dans l'échangeur subsistent.

Pour pallier les inconvénients de l'art connu, I'invention propose une structure tubulaire de capteur photothermique du type à adsorption-désorption in situ utilisé comme source chaude d'une installation de réfrigération et permettant d'augmenter l'efficacité de cette installation et d'atteindre des températures plus basses que permises par les dispositifs de l'art connu précités.

L'invention a donc pour objet un dispositif de captation d'énergie photothermique du type fonctionnant selon des cycles successifs d'adsorption-désorption d'un fluide déterminé, dispositif principalement caractérisé en ce qu'il comporte une première enveloppe de forme cylindrique recouverte d'un matériau absorbant sélectif de l'énergie photothermique sur sa face externe et ouverte en au moins une de ses extrémités et une seconde enveloppe en matériau transparent entourant la première enveloppe et scellée à celle-ci par l'une de ses extrémités de manière à créer une enceinte entre ces deux enveloppes dans laquelle un vide partiel a été établi et en ce que un matériau actif adsorbant ledit fluide déterminé est disposé dans la première enveloppe de manière à remplir le volume interne défini par cette enveloppe.

L'invention a encore pour objet une installation de réfrigération comportant au moins un tel dispositif utilisé comme source chaude.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avan tages apparaitront à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexées parmi lesquelles:
- la figure 1 illustre une structure de dispositif de captation d'énergie photothermique à élément actif intégré, selon l'art connu
- les figures 2 et 3 illustrent un exemple de réalisation d'un dispositif de captation d'énergie photothermique selon l'invention
- les figures 4 à 8 sont relatives à des exemples de réalisations particulières applicables au dispositif de l'invention;
- les figures 9 et 10 illustrent un exemple de réalisation concrète d'une installation de réfrigération mettant en oeuvre des dispositifs de l'inven tion;;
- la figure 11 représente la courbe de variation du rendement d'un dispositif de captation en fonction de la température atteinte par l'élément actif.

La figure 1 illustre schématiquement une structure de capteur 1 de l'art connu dans lequel le cycle absorption-désorption se déroule in situ.

Comme précédemment rappelé, il se compose essentiellement d'un caisson 10 comprenant un compartiment étanche 14, par exemple en métal.

Ce compartiment 14 est rempli par un matériau adsorbant 13, par exemple de la zeolithe. L'épaisseur de ce compartiment est de l'ordre de quelque centimètres.

Le caisson 10 comporte une ouverture optique sur la face exposée au rayonnement photothermique R, recouverte de façon hermétique par un panneau 11 transparent au rayonnement, par exemple en verre. Ce panneau 11 délimite avec la surface supérieur du compartiment 14 une lame d'air 12.

La surface supérieure du compartiment 14 est recouverte d'une couche 140 d'un matériau absorbant le rayonnement, par exemple un matériau absorbant pour le spectre solaire et réfléchissant dans l'infrarouge.

L'ensemble est fixé à un support 15 convenablement orienté par rapport à l'incidence du rayonnement R.

Dans une application préférée, le capteur ainsi défini est utilisé comme source chaude dans une installation de réfrigération non représentée.

Une conduite 16 assure des échanges de fluide bilatéraux entre le capteur 1 et l'installation de réfrigération.

Le fonctionnement d'une telle installation sera rappelé ultérieurement en relation avec la figure 9. Il est basé sur des cycles successifs "adsorptiondésorption" d'un fluide dans et hors du matériau actif 13 du capteur 1, la désorption ayant lieu lorsque le matériau est soumis à un rayonnement photothermique. Dans le cas le plus général, il s'agit d'un rayonnement d'énergie solaire.

Bien que ne présentant pas de pertes de couplages entre une installation extérieure de captation d'énergie photothermique et une installation de réfrigération comme dans le cas de la première variante d'installation de réfrigération de l'art connu évoquée précédemment, une installation comportant un capteur du type de celui de la figure 1, ne permet pas un rendement optimal. Les raisons principales en ont été rappelées : structure plane, présence d'une lame d'air notamment.

De façon plus précise, la figure 11 représente la courbe de rendement de captation d'énergie photothermique permise par un couple "matériau actif-fluide" en fonction de la température atteinte par ce matériau.

L'ordonnée représente le rendement normalisé n/nmaX dans lequel n est le rendement à une température donnée et n maux le rendement maximum, et l'abscisse la température T en OC.

Pour fixer les idées, le matériau actif est de la zéolithe et le fluide de l'eau. Dans ce cas, le rendement maximum est atteint pour une température de l'ordre de 1200 C. Pour des températures supérieures la courbe présente un palier à faible décroissance.

Avec une structure du type de celle décrite en relation avec la figure 1, la température maximale atteinte se situe aux alentours de 900 C, ce dans les conditions les plus favorables, c'est à dire sans drainage d'énergie (aucune production de froid dans une installation de réfrigération). Dans tous les autres cas, la température atteinte est inférieure et le rendement dé croit en proportion.

Pour les autres couples "matériau actif-fluide" connus, les conditions de température optimale à atteindre sont similaires.

L'invention propose une structure de dispositif de captation de l'énergie photothermique du type fonctionnant selon des cycles successifs adsorption-désorption obviant les inconvénients de l'art connu, et permettant notamment d'augmenter le rendement jusqu'à sa valeur maximale possible.

Les figures 2 et 3 représentent un exemple de réalisation préférée de capteur selon l'invention. Des coupes ont été effectuées sur la figure 2 pour mettre en évidence les parties cachées du dispositif.

Le capteur 2 comprend des première et seconde enveloppes 20 et 21 constituées chacune par un matériau transparent, du verre par exemple.

Le vide est réalisé entre les deux enveloppes dans l'enceinte 22 par tout moyen approprié bien connu de l'homme de métier. En pratique, la pression dans cette enceinte 22 est de l'ordre de 10 5 Pascal. Cette pression est maintenue à l'aide de dispositifs connus dans le domaine des tubes électroniques, notamment sous le nom de "getters", ayant pour fonction d'absorber les molécules présentes dans l'enceinte 22 et réalisés à l'aide d'un métal alcalin par exemple. L'enveloppe 20 est soudée sur l'enveloppe 21 par fusion intime des verres d'une zone conique de jonction 200 de l'enveloppe 20 et de l'enveloppe 21 ou par scellement à l'aide d'une colle verre-verre ou tout autre matériau utilisé dans la technique du vide.

L'enveloppe 21 est recouverte d'une couche d'un matériau absorbant sélectif de l'énergie solaire 23, constituée d'un matériau présentant un faible coefficient d'émittivité (E) et un coefficient d'absorptivité (a) élevé, afin a que le rapport E soit le plus élevé possible. On définit ainsi le coefficient de qualité de l'absorbant.

L'intérieur de l'enveloppe tubulaire 21 est rempli par du matériau actif 24.

Bien que la couche de matériau absorbant puisse être réalisée selon toutes les techniques de l'art connu, dans une variante préférée, cette couche est réalisée selon les enseignements de la demande de brevet européen précitée et qui vont être rappelés dans leurs grandes lignes.

L'absorbant est constitué par un matériau à base d'un composé verremétal, à pourcentage variable, c'est à dire un mélange analogue aux composés céramique-mélal, dits "cermets". Le verre peut être du même type que celui utilisé pour l'enveloppe intérieure 20. La présence du verre supprime toute difficulté d'ahdérence. D'autre part, le métal deuxième élément du composé verre-métal, assure d'une part une bonne conductivité thermique et, d'autre part, permet une oxydation directe ou une soudure sur ce métal, ou encore un dépôt de métal sur le composé verre-métal par électrolyse.

Le composé verre-métal peut être déposée par sérigraphie ou peinture sur l'enveloppe intérieure 20. Ce composé est ensuite chauffé à haute température pour qu'il se forme un eutectique "verre du composé-verre de l'enveloppe".

On obtient alors un revêtement de haute conductivité thermique.

L'efficacité de l'absorption après oxydation dépend du rapport métal/ a verre. Le rapport - qui définit le coefficient de qualité de l'absorbant, ainsi
c que le coefficient d'absorption a, dépendent de la granulométrie du composé verre-métal. E et a croissent pour des grains de plus en plus petits. I1 faut
c cependant remarquer que la qualité de l'adhérence du composé sur le support en verre croit dans un rapport inverse. A partir de ces constatations, il est possible de réaliser l'absorbant selon plusieurs variantes.

La figure 4 illustre une première variante. L'absorbant 23 est constitué par une couche de composé verre-métal 231 déposée sur le support de verre 21 ou couche de scellement et d'une couche d'oxyde du métal 232 contenu dans le composé et qui constitue l'absorbant propremement dit. Cet oxyde est obtenu par oxydation directe du métal du composé verre-métal. Cette structure est particulièrement adaptée à un grain fin.

La figure 5 est une seconde variante de réalisation possible. Le matériau absorbant 23 est constitué par trois couches successives: une couche de composé verre-métal 231 ou couche de scellement, une couche métallique 23 intermédiaire et une couche d'oxyde de métal 232 formant l'absorbant proprement dit. La couche métallique 233 est obtenue par électrolyse du composé 231, suivie d'une oxydation formant la couche 232.

Cette structure est particulièrement adaptée à un composé à gros grain. La qualité de l'absorbant est améliorée de deux façons: d'une part la couche composite métal 233-oxyde de métal 232 a un bon coefficient d'absorption, d'autre part la surface obtenu par électrolyse a un aspect rugueux du type surface dendritique qui améliore le coefficient- a. L'adhérence de la couche métallique est améliorée, car elle s'effectue sur le composé verre-métal.

On peut combiner les avantages des structures des figure 4, c'est à dire notamment une bonne adhérence, et figure 5, c'est à dire une meilleure absorption. Pour ce faire, on rend le composé verre-métal hétérogène dans une direction normale à la surface de l'enveloppe 21. Après dépôt, on fait varier le rapport métal-verre par centrifigation à chaud de telle sorte que ce rapport vaire de manière à ce que la concentration en métal augmente en surface. La couche profonde de composé garde une bonne adhérence, alors que la couche superficielle devient plus riche en métal.

L'épaisseur de la couche d'absorbant 23 nécessaire au bon fonctionnement du capteur ainsi défini est en général comprise dans une gamme 500 Pm à 1
Un des métaux les plus communément utilisés est le cuivre. En effet l'oxyde de cuivre CuO est un excellent absorbant solaire. Pour une couche d'épaisseur 1 vm on obtient un coefficient d'absorption a de 90 à 95 % du spectre solaire. Si cette couche d'oxyde pouvait être générée par oxydation d'une plaque de cuivre massive, on obtiendrait des facteurs de qualité ac d'environ 20 à une température de l'absorbant d'environ 1500C. Dans le cas de la structure de la figure 4, on peut se rapprocher de ce rapport, mais a diminue en proportion de la densité du composé verre-métal.Dans le cas de la structure de la figure 5, on se rapproche du cas idéal : "oxydation sur cuivre massif". D'autre part, comme il a été signalé, on améliore le coefficient a par l'aspect rugueux donné à la surface métallique par électrolyse.

Cependant le cuivre est un matériau onéreux. Il a été trouvé que des rendements comparables à ceux du cuivre pouvent être obtenus avec l'aluminium. Ce métal est également plus léger que le cuivre.

En outre, le procédé d'obtention et de dépôt du matériau absorbant 23 sur l'enveloppe en verre 21 comprend, selon l'enseignement de la demande de brevet européen précitée, une phase de réduction de l'oxydation du métal du composé verre-métal avant dépôt du composé sur l'enveloppe. Cette étape n'est plus nécessaire si on utilise de l'aluminium.

Outre les deux métaux précités d'autres métaux sont cependant utilisables et à titre d'exemple non limitatifs: le chrome et les oxydes de chrome: CrO, Cor203, ou le manganèse et l'oxyde de manganèse: MnO. On peut encore utiliser un alliage de ces métaux.

Si la réflectivité dans l'infra-rouge du support de l'absorbant est inférieure à 90%, on peut améliorer les performances du capteur d'énergie photothermique en déposant sur la face intérieure de l'enveloppe externe 20 une couche semi-réfléchissante d'oxyde d'indium (ion203), déposé à l'étain.

Cette couche laisse passer le spectre solaire et réfléchit l'infra-rouge. Son
o épaisseur doit être de l'ordre de 7 D00 A à 0,01 mm.

Enfin, on peut encore améliorer le rendement du capteur en disposant des miroirs réfléchissants, soit à l'intérieur, c'est à dire entre les première et seconde enveloppes, soit à l'extérieur. La forme de ces miroirs sera déterminée de telle façon que les rayons réfléchis se concentrent sur l'absorbant. Ces dispositions particulières sont bien connues de l'homme de métier et sortent du cadre de l'invention.

Les enveloppes interne 20 et externe 21 en verre sont obtenues par les procédés classiques utilisés dans l'industrie des tubes à vide. Il en est de même pour la soudure verre-verre à la jonction des deux enveloppes (zone 200). Ces procédés sont bien connus de l'homme de métier.

Le ou les différents verres des enveloppes 20 et 21, ainsi que du composé verre-métal de l'absorbant 23 sont choisis parmi ceux ayant un point de ramollissement compris entre 450 et 7000C. La température atteinte par le capteur en fonctionnement reste en dessous de ces valeurs.

La température de ramollissement du verre de l'enveloppe recevant le composé verre-métal doit être supérieure à celle du verre de ce composé.

Enfin, comme illustré sur la figure 3, représentant le capteur 2 en coupe, lorsque celui-ci est de grande longueur, de façon typique pour une longueur supérieure à 2 m, un tube capilaire axial 25 peut être disposé au sein du matériau actif 24. I1 peut s'agir d'un tube métallique percé d'une mutitude de trou. Ce tube est destiné à augmenter les échanges entre la phase vapeur du fluide utilisé et le matériau actif et à faciliter l'évacuation des calories lors de l'adsorption qui s'effectue en l'absence de rayonnement et qui est un phénomène exothermique.

Le capteur 2 qui vient d'être décrit communique avec des installations ou dispositifs extérieurs à l'aide d'une conduite 3.

Selon une première variante illustrée par la figure 6, représentant le capteur en coupe longitudinale, une seule extrémité210 de l'enveloppe interne 21 communique avec l'extérieur. Sur cette figure et dans ce qui suivra ultérieurement, les éléments déjà décrits en relation avec les figures
2 à 5 portent les mêmes références et ne seront pas décrits à nouveau.

Cette extrémité est destinée à être raccordée à une conduite extérieur 3. Si cette conduite est en verre, une soudure ou un scellement à l'aide d'une colle verre-verre ou tout autre procédé analogue pourra être mis en oeuvre.

Si la conduite 3 par contre est en métal, selon un aspect intéressant de l'invention, le col 210 de l'enveloppe 21, comme illusté par la figure 6, est également recouvert d'une couche 211 d'un composé verre-métal d'un type analogue à celui de la couche 23. Cette couche peut être réalisée selon les deux variantes des figures 4 et 5, cependant la couche superficielle 232 d'oxyde de métal n'est pas présente. Le tube de métal 3 peut alors être soudé dessus la couche 211, soit sur la couche 231 (variante analogue à celle de la figure 4) soit sur la couche 233 (variante analogue à celle de la figure 5).

Selon une autre variante de réalisation, illustrée par la figure 7, l'enveloppe interne comporte deux extrémitées ouvertes 210 et 212 destinées à être raccordées à deux conduites (non représentées) respectivement amenant et extrayant le fluide dans et hors du capteur 2.

Dans ces deux variantes, I'enveloppe interne 21 peut être en métal.

Dans ce cas cependant, il est nécessaire d'effectuer une soudure verre-métal délicate à mettre en oeuvre du fait que dans l'espace 22 compris entre ces deux enceintes règne un vide partiel.

Dans l'application à la réfrigération, qui sera détaillée ultérieurement, une des exigences à satisfaire est la parfaite étanchéité du circuit dans lequel circule le fluide des cycles adsorption-désorption. De façon pratique, il s'agit du raccord entre l'enveloppe interne 21 et le tube 3 qui vient d'être évoqué.

Une variante de réalisation, illustrée par la figure 8, permet de concilier l'exigence rappelée ci-dessus ainsi que l'utilisation d'un tube métallique contenant le produit absorbant qui ne nécessite pas de soudure verremétal délicate à mettre en oeuvre.

Le produit adsorbant est contenu dans un tube métallique 30, par exemple en cuivre. Ce tube peut être raccordé par soudure métal-métal au tube 3 (figure 6) ou au contraire être une simple extension de ce tube. Le capteur proprement dit se compose d'une double gaine constituée par les enveloppes interne 21 et externe 20 comme défini par la figure 6, le vide étant réalisé dans l'enceinte 22 comprise entre les deux enveloppes. L'ensemble est enfilé sur le tube en métal 30. Le diamètre intérieur de l'enveloppe interne 21 doit être légèrement supérieure au diamètre externe du tube métallique 30 de manière à tenir compte des dilatations du métal par rapport à celles du verre en fonction de l'amplitude des variations de température.

La configuration décrite à la figure 7 peut également être adoptée.

L'enveloppe 21 est alors ouverte au deux bouts et enfilée sur le tube 30 qui traverse le capteur de part en part.

Cette variante de réalisation présente l'avantage d'une meilleur fiabilité tout en conservant les avantages spécifiques aux capteurs in situ. En effet en cas de chocs dûs à des causes diverses, le circuit de circulation de fluide contenant l'adsorbant a peu de chance d'être détérioré du fait qu'il est constitué d'une conduite métallique. L'élément le plus fragile, la double enveloppe 20 - 21, est facilement interchangeable, en particulier dans la configuration illustrée par la figure 8. I1 suffit de retirer l'élément détérioré et d'enfiler sur le tube 30 un élément neuf.

Le matériau actif 24 peut être retenu à l'intérieur du tube formé par l'enveloppe interne 21 à l'aide d'une grille métallique (non représentée) laissant passer le fluide et disposée à proximité des ouvertures (figure 6: 210 ou figure 7: 210, 212).

Les avantages des structures de dispositifs de captation conforme à l'invention peuvent être résumés comme suit:
- une température de désorption notablement plus élevée du fait de l'absence des pertes par conduction et convection de la surface absorbante;
- une grande surface d'absorbant développée du fait de la nature sphérique de l'enveloppe 21 ;
- un échange thermique accéléré entre le flux solaire absorbé et le matériau adsorbant du fait de la bonne conduction thermique de la couche d'absorbant 23, l'échange de chaleur s'effectuant sur la totalité du diamètre intérieur de l'enveloppe 21 ;;
- la possibilité d'utiliser ces capteurs dans des systèmes à concentration de rayonnement solaire partielle à l'aide de surfaces réfléchissantes, comme il a été rappelé précédemment
- parmi les avantages d'utilisation ou de maintenance, on peut citer l'interchangeabilité d'un capteur ou de sa charge en matériau actif en cas d'accident localisé.

Comme il a été rappelé, le dispositif de l'invention est particulièrement adapté à être utilisé comme source chaude pour une installation de réfrigération ou toute installation analogue destinée à produire du froid, telle qu'une installation de climatisation.

Le fonctionnement d'une installation de ce type va maintenant être rappelé en relation avec les figures 9 et 10.

Sur la figure 9 est représentée une batterie de dispositifs conformes à l'invention pour constituer une source de chaleur de plus grande puissance.

Chacun des capteurs 2, réalisé selon la variante illustrée par la figure 6 dans le cadre de cet exemple particulier, est connecté via des conduites 3 à un collecteur 4. Dans la réalisation préférée, les capteurs, de structure tubulaire conformément à l'invention, sont disposés sur le fond d'un chassis 5 et de façon non jointive de manière à ce que l'ensoleillement puisse s'effectuer de façon optimal quelque soit l'incidence du rayonnement R par rapport au plan X, Y parallèle au fond du chassis 5.

Dans une variante non illustrée, le fond du chassis peut être muni de surfaces réfléchissantes à profil adapté à la forme tubulaire des capteurs 2, ce pour augmenter l'efficacité de la collection d'énergie rayonnante.

Le collecteur commun 4 est relié à l'installation de réfrigération proprement dite comprenant notamment une enceinte calorifugée 6 définissant un volume de réfrigération 7, enceinte dans laquelle est disposé un évaporateur 9 ; et un condenseur externe 8 muni comme il est connu d'aillettes de refroidissement 80.

Le fonctionnement de l'installation est le suivant : le fluide servant aux échanges est désorbé continûment du matériau 24 (figures 2 à 8) lorsque ce matériau est soumis à un rayonnement photothermique, par exemple le jour s'il s'agit d'un rayonnement solaire. La vapeur à température et pression élevées circule dans le condenseur où elle passe en phase liquide avant d'entrer dans l'enceinte froide où la transformation liquide-solide absorbe une quantité de chaleur assurant le refroidissement de l'enceinte. Durant la nuit l'enceinte réfrigérée, isolée thermiquement, avec son volume de glace, fonctionne à la façon d'une glacière autonome. L'évaporation ou la sublimation lente durant la nuit assure alors à nouveau l'adsorption dans le capteur pour un nouveau cycle durant la journée suivante.Le circuit du fluide est représenté sur la figure 9 par les deux conduites séparée 40 et 41 ainsi que le seul élément actif nécessaire: la vanne 42 permettant de différentier les deux circuits 40, 41 du fluide: capteur/adsorbant à condenseur 9 durant la journée, évaporateur 9 à capteur/adsorbant durant la nuit. Ceci représente le circuit le plus simple. D'autres circuits plus complexes peuvent être mis en oeuvre sans sortir du cadre de l'invention.

Le principal avantage de ce système de réfrigération est son autonomie: absence d'alimentation électrique et de fluide de refroidissement dans le condenseur qui travaille en mode convectif à des températures légèrement supérieures à la température ambiante (environ 50C).

Un dispositif dtalimentation- électrique assurant un éclairage suffisant et intermittent lors de l'ouverture de la porte de l'enceinte réfrigérée peut être prévu sous forme de dispositifs à friction ou à induction liés au mécanisme d'ouverture de la porte dont est munie l'enceinte 6. Un tel dispositif est connu en soi et sort du cadre de l'invention. Le nombre et/ou les dimensions géométriques des capteurs 2 ainsi que la quantité de matériau actif 24 doivent être adaptés à la puissance de réfrigération désirée, c'est à dire notamment au volume 7 défini par l'enceinte 6. Un exemple de réalisation pratique sera décrit ultérieurement.

La température de fonctionnement des capteurs réalisées selon l'invention peut atteindre une valeur au moins égale à la température permettant le rendement maximum : 1200C pour un couple "zéolithe-eau" si on se reporte à nouveau à la figure 11, ce même lorsque l'installation de réfrigération est en fonctionnement, c'est à dire lorsque de la chaleur est produite par les capteurs 2 et de l'énergie drainée. I1 s'en suit que concurremment la température de réfrigération est plus basse que celle qui peut être atteinte en utilisant un ou plusieurs capteurs réalisés conformément à l'art connu (figure 1 par exemple).

Bien que dans ce qui précède un seul couple matériau adsorbant-fluide est été mentionné, d'autres couples peuvent être choisis et à titres d'exemples non limitatifs, les matériaux adsorbants suivants : la zéolithe, la silice pulvérulente, le charbon actif, des poudres réactives d'oxydes ultrafines comme l'alumine ou l'oxyde de zinc associés à un des fluides suivants : l'eau, le méthanol, ou des solutions de ces derniers.

Les températures du condenseur et de l'évaporateur seront fonction du couple choisi. A titre d'indication il peut ête mentionné que, pour le couple "zéolithe-eau" la température utile est voisine de + 50C alors que pour le couple "charbon actif-méthanol", elle est comprise entre- 50C et - 100C.

Comme il est connu, le matériau adsorbant doit présenter une structure particulière comportant des cavités "piéges" à fluide et interconnectées entre elles de manière à assurer la diffusion du fluide. L'ordre de grandeur de la dimension de ces cavités est de quelques dizaines d'Angstroem. Le terme "ultrafines" en ce qui concerne les poudres d'oxydes évoquées cidessus s'entend également pour des dimensions de cet ordre de grandeur.

Pour fixer les idées, dans un exemple de réalisation pratique d'une installation de réfrigération destinée à refroidir une enceinte de dimension usuelles : 100 I par exemple, un panneau de captation d'environ 1 m2 est nécessaire. Il comprend une vingtaine de capteurs tubulaires 2 de 1 m de longueur.

Les caractéristiques essentielles de chacun de ces capteurs 2 peuvent être résumées comme suit
- diamètre extérieur de l'enveloppe externe 20: entre 50 et 60 mm
- couche de matériau 23 absorbant sélectif : composé verre-métal, le verre ayant une température de ramollissement légèrement inférieure à 5000C et le métal étant de préférence de l'aluminium ; l'épaisseur totale de la couche est comprise entre 500 um et 1 mm et la couche absorbante proprement dite 232 étant obtenu par traitement oxydant en surface du métal
- diamètre interne de l'enveloppe 21 : entre 40 et 50 mm
- espace interne sous vide 22 : épaisseur de l'ordre de 4 à 5 mm
- volume utile de matériau adsorbant 24: environ 1,5 I par capteur.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de captation d'énergie photothermique (2) du type fonctionnant selon des cycles successifs d'adsorption-désorption d'un fluide déterminé, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une première enveloppe (21) de forme cyclindrique recouverte sur sa face externe d'un matériau (23) absorbant sélectif de l'énergie photothermique et ouverte en au moins une de ces extrémités (210) et une seconde enveloppe (20) en matériau transparent entourant la première enveloppe et scellée à celle-ci par l'une de ses extrémités (200) de manière à créer une enceinte (22) entre ces deux enveloppes dans laquelle un vide partiel a été établi et en ce que un matériau actif (24) adsorbant ledit fluide déterminé est disposé dans la première enveloppe (21) de manière à remplir le volume interne défini par cette enveloppe.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau actif adsorbant est choisi parmi les suivants : zéolithe, silice pulvérulente, charbon actif ou poudre réactive d'alumine ou d'oxyde de zinc et en ce que le fluide déterminé est l'un des suivants : eau, méthanol ou solution de ces deux fluides.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau absorbant 23 comprend une première couche (231) constituée par un composé verre-métal déposée sur la face externe de la première enveloppe (21) et une seconde couche (232), superficielle, constituée par un oxyde de métal, absorbant l'énergie solaire.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau absorbant (23) comprend en outre une troisième couche (233), intermédiaire entre les première et seconde couches, constituée par du métal.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le métal des première, deuxième et troisième couches est de l'aluminium.

6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que les première (21) et seconde enveloppes (20) sont constituées par du verre, de même nature que le verre du composé verremétal ; la température de ramollissement du verre de la première enveloppe étant supérieure à celle dudit composé.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les couches de composé verre-métal ont une épaisseur comprise dans la gamme 500 lim à 1 mm.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la première enveloppe (21) de forme cylindrique se prolonge par au moins un col cyclindrique (210) destiné à être connecté par emboitage avec une canalisation de section cyclindrique et en ce que la face du col en contact avec cette canalisation est également recouverte d'au moins une couche (211) dudit composé verre-métal de matière à pouvoir être soudée à ladite canalisation, lorsque cette canalisation est en métal.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que en outre la couche de composé verre-métal est elle-même recouverte d'une couche supplémentaire de métal.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'en outre un tube creux (25) à paroi poreuse est disposé au sein dudit matériau actif (24) suivant une direction parallèle aux plus grandes dimensions de la première enveloppe (21) de manière à faciliter les échanges entre ce matériau actif (24) et ledit fluide déterminé.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le matériau actif (24) est disposé dans un tube métallique (30) sur lequel est enfilé la première enveloppe (21).

12. Installation de réfrigération comportant une enceinte calorifugée (6, 7) à refroidir dans laquelle est disposé un dispositif évaporateur (9), et un dispositif condenseur (8) placé à l'extérieur de ladite enceinte, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre au moins un dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, pour la captation d'énergie photothermique sous forme d'un rayonnement intermittent (R) agissant comme source chaude alimentant l'installation et en ce qu'elle comporte également un premier circuit de transport de fluide (3, 4, 41) destiné à transmettre le fluide déterminé désorbé du matériau actif (24) disposé dans les dispositifs de captation (2) audit évaporateur via le condensateur (8) lorsque ces dispositifs sont soumis audit rayonnement (R) intermittent et un second circuit de transport de fluide (3, 4,.40) destiner à transmettre ledit fluide déterminé au matériau acctif (24) pour son adsorption lorsque les dispositifs de captation (2) ne sont pas soumis audit rayonnement (R).

13. Installation selon la revendication 12, caractérisé en ce que les premier et second circuits de transport de fluide ayant une section commune (4) communiquant avec ledit matériau actif (24), ils comportent une vanne (42) pour assurer le transport sélectif dans l'une ou l'autre des sections

distinctes des premiers (41) ou second (40) circuits.