FR2877426A1 - Production de froid a tres basse temperature dans un dispositif thermochimique. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif thermochimique et un procédé pour la production de froid à très basse température.Le dispositif produit du froid à une température Tf < -20°C, à partir d'une source de chaleur disponible à une température Th de 60-80°C et un puits thermique à la température ambiante To de 10°C-25°C. Il comprend deux dipôles couplés, fonctionnant en opposition de phase. Les phénomènes thermochimiques dans l'un des dipôles sont tels que ce dipôle peut produire du froid à Tf avec un puits thermique à la température ambiante To. Les phénomènes thermochimiques dans l'autre dipôle sont tels que ce dipôle peut être régénéré à partir de la source de chaleur Th et un puits thermique à la température To.
Description
La présente invention concerne un dispositif thermochimique pour la
production de froid à très basse température.
Un système constitué par un dipôle thermochimique met-tant en oeuvre deux phénomènes thermochimiques renversables est un moyen connu pour produire du froid. Le dipôle thermochimique comprend un réacteur BT, un réacteur HT et des moyens pour échanger un gaz entre BT et HT. Les deux réacteurs sont le siège de phénomènes thermochimiques renversables choisis tels que, à une pression donnée dans le di- pôle, la température d'équilibre dans BT est inférieure à la température d'équilibre dans HT.
Le phénomène renversable dans le réacteur HT met en jeu un sorbant S et un gaz G et peut être: É une adsorption renversable de G par un solide microporeux 15 S; É une réaction chimique renversable entre un solide réactif S et G; É une absorption de G par une solution saline ou binaire S selon le schéma "sorbant S" + "G" f; "sorbant S+G".
Le phénomène renversable dans le réacteur BT met en jeu le même gaz G. Il peut être un changement de phase liquide /gaz du gaz G ou une adsorption renversable de G par un solide microporeux S1, ou une réaction chimique renversable entre un solide réactif S1 et de G, ou une absorption de G par un solution S1, le sorbant S1 étant différent de S. L'étape de production de froid du dispositif correspond à l'étape de synthèse dans HT "sorbant S" + "G" -+ "sorbant S+G".
L'étape de régénération correspond à l'étape de décomposition dans HT "sorbant S+G" -' "sorbant S" + "G".
La production de froid à une température TF dans un dipôle (BT,HT) à partir d'une source de chaleur à la température Tc et d'un puits thermique à la température To, implique que le phénomène thermochimique dans BT et le phénomène thermochimique dans HT sont tels que: - au cours de l'étape de production de froid par le dipôle, la consommation exothermique de gaz dans HT a lieu à une température proche de et supérieure à To, qui créé dans le dipôle une pression telle que la température d'équilibre dans le réacteur BT est proche de et inférieure à TF.
- au cours de l'étape de régénération du dipôle, la libération endothermique de gaz dans HT est effectuée à la température Tc qui crée dans le dipôle une pression telle que la température à laquelle s'effectue la consommation exothermique de gaz dans BT est proche de et supérieure à To Les phénomènes thermochimiques actuellement utilisés permettent de produire du froid à une température négative dans BT, mais ils ne répondent pas aux critères ci-dessus dans l'objectif de produire du:Froid à très basse température (TF typiquement de -20 C à -40 C) pour des applications de congélation et de conservation longue durée de denrées à partir d'une source de chaleur dont le potentiel thermique est de l'ordre de 60 à 80 C, le puits thermique constitué généralement par le milieu ambiant étant à une température To de l'ordre de 10 C à 25 C. Soit ces phénomènes nécessi- Lent lors de la régénération une température Tc nettement supérieure à 70 C pour fonctionner avec un puits thermique à :La température ambiante To, soit ils nécessitent un puits thermique à une température inférieure à To si l'on utilise une source de chaleur à Tc = 60-80 C.
Par exemple, pour produire du froid à -30 C en utili- sant une source chaude à 70 C, si BT est le siège d'un chan- gement de phase L/G d'ammoniac NH3, et HT est le siège d'une sorption chimique de NH3 par un solide réactif S: si S est BaC12, il faudrait un puits thermique à 0 C pour le réacteur BT:Lors de l'étape de production de froid, alors que si S est CaC12, il faudrait un puits thermique à -5 C, c'est-à-dire à une température très inférieure à To, lors de l'étape de régénération.
L'énergie solaire ou l'énergie géothermique sont des sources de chaleur intéressantes, mais elles fournissent de la chaleur à bas niveau de température qui n'est en général pas supérieure à 60-70 C si l'on utilise une technologie de captation peu coûteuse, comme par exemple des capteurs plans classiquement utilisés pour la production d'eau chaude sanitaire. L'utilisation de ces types d'énergie ne permet par conséquent pas d'atteindre le but visé.
Les inventeurs ont maintenant trouvé qu'il était possible de produire du froid à une température Tf inférieure à -20 C à partir d'une source de chaleur à une température Th entre 60 et 80 C et d'un puits thermique à la température ambiante To variant de 10 C à 25 C, en associant deux dipôles Dl et D2 de sorte que: - le dipôle D2 fonctionne avec des phénomènes thermochimiques capables de produire du froid à une température Tf inférieure à -20 C avec un puits thermique à To, mais qui nécessiterait pour sa régénération une source chaleur à une température supérieure à la température Th avec un puits thermique à To; le dipôle Dl fonctionne avec des phénomènes thermochimiques régénérables à partir d'une source de chaleur disponible à la température Th et d'un puits thermique à la température To.
Le but de la présente invention est par conséquent de:Fournir un procédé et un dispositif pour la production de froid à une température Tf inférieure à -20 C, à partir d'une source de chaleur à une température Th de l'ordre de 60-80 C et d'un puits thermique à la température ambiante To de l'ordre de 10 C à 25 C.
Le dispositif pour la production de froid selon la présente invention comprend un dipôle D2 producteur de froid et un dipôle auxiliaire Dl, et il est caractérisé en ce que: É les phénomènes thermochimiques dans le dipôle D2 sont tels que ce dipôle peut produire du froid à Tf avec un puits thermique à la température ambiante To; É les phénomènes thermochimiques dans le dipôle Dl sont tels que ce dipôle peut être régénéré à partir de la source de chaleur Th et un puits thermique à la température To; É D1 comprend un évaporateur/condenseur EC1 et un réacteur R1 reliés par un conduit permettant le passage contrôlé de gaz, et D2 comprend un évaporateur/condenseur EC2 et un réacteur R2 relié par un conduit permettant le passage contrôlé de gaz; É EC1 contient un gaz G1 et: Rl contient un sorbant S1 capable de former un processus physico-chimique renversable avec G1, et EC2 contient un gaz G2 et R2 contient un sorbant S2 capable de former un processus physico- chimique renversable avec G2; É Les dipôles Dl et D2 sont munis de moyens permettant de les coupler entre eux par voie thermique lorsque G1 et G2 sont différents et par voie massique lorsque G1 et G2 sont identiques; É les gaz et les sorbants mis en oeuvre sont choisis de manière que, lorsque les dipôles sont couplés, les températures d'équilibre des phénomènes thermochimiques dans les réacteurs et les évaporateurs/condenseurs sont telles que T(EC1) S T(EC2) T(Rl) < T(R2).
Dans la suite du texte, l'expression "les éléments" 25 d'un dipôle sera utilisée pour désigner simultanément le réacteur et l'évaporateur/condenseur du dipôle.
Comme exemple de phénomènes thermochimiques utiles dans la présente invention, on peut citer le changement de phase L/G de l'ammoniac (NH3), de la méthylamine (NH2CH3) ou de H2O dans les évaporateurs/ condenseurs. Pour les réacteurs, on peut citer: - une sorption chimique renversable de NH3 par, par SrC12 ou par:BaC12, ou de NH2CH3 par CaCl2 2877426 - une adsorption d'eau par la zéolithe ou un 35 silicagel; - l'adsorption de methanol (MeOH) ou de l'ammoniac dans du charbon actif; - l'absorption de NH3 dans une solution liquide d'ammoniaque (NH3, H2O) . Le procédé de production de froid à la température Tf à partir d'une source de chaleur à la température Th et d'un puits thermique à la température ambiante To consiste à faire fonctionner le dispositif selon l'invention à partir d'un état initial dans lequel le dipôle D2 est à l'état régénéré, et le dipôle D1 est à régénérer, les deux éléments d'un dipôle donné étant isolés l'un de l'autre, ledit procédé comprenant une série de cycles successifs constitués par une étape de production de froid et une étape de régénération: - au début de la première étape, qui est l'étape de production de froid à Tf, on met les deux éléments de chacun des dipôles en communication, ce qui provoque la phase d'évaporation endothermique spontanée dans EC2 (productrice de froid à Tf) qui produit G2 sous forme de gaz, et le transfert du gaz libéré vers R2 pour son adsorption exothermique par S2 dans R2, et parallèlement on apporte de la chaleur à la température Th au réacteur Ri, ce qui provoque la désorption du gaz G1 par S1 dans R1 et la phase de condensation de G1 dans EC1; - au cours d'une deuxième étape, qui est l'étape de régénération du dispositif, on apporte de la chaleur à la température Th au réacteur R2 pour réaliser la désorption de G2 par le sorbant S2 dans R2, et on transfère de D2 vers Dl soit de la chaleur lorsque G1 et G2 sont différents, soit du gaz si Gl et G2 sont identiques, pour réaliser une sorption de gaz par S1 dans R1.
Dans ce;procédé, les dipôles fonctionnent donc en oppo- sition de phase: l'un des dipôles est dans une phase d'absorption de gaz dans le sorbant, tandis que l'autre est en phase de désorption de gaz par le sorbant.
Les différentes étapes peuvent être effectuées en con- tinu ou à la demande. Au début d'une étape, les éléments d'un même dipôle doivent être mis en communication, pour que les phénomènes thermochimiques puissent se produire. Pour faire fonctionner le dispositif en continu, il suffit d'apporter à la fin d'une étape, la quantité de chaleur appropriée au réacteur approprié pour démarrer l'étape suivante. Si le dispositif est destiné à fonctionner de manière discontinue, il suffit d'isoler les éléments de chaque dipôle par les moyens d'isolement, à la fin d'une étape de production de froid ou d'une étape de régénération.
Le procédé peut être mis en oeuvre de manière permanente si la chaleur à la température Th est disponible de manière permanente, par exemple s'il s'agit d'énergie géothermique. Le fonctionnement sera discontinu si la source de chaleur n'est pas permanente, par exemple s'il s'agit d'énergie solaire dont la disponibilité varie au cours d'une journée.
Dans un premier mode de réalisation, le couplage des dipôles est effectué par voie thermique entre l'évaporateur/ condenseur EC1 du dipôle Dl et l'évaporateur/condenseur EC2 du dipôle D2, et les phénomènes thermochimiques sont choisis tels que, dans cette phase de couplage, T(EC1) < T(EC2) < T(R1) < T(R2). Dans ce cas, G1 et G2 sont différents.
La liaison thermique entre EC1 et EC2 peut être réalisée par exemple par une boucle de fluide caloporteur, par un caloduc ou par un contact direct.
Le procédé de ce premier mode de réalisation est caractérisé en ce que, au coure de la seconde étape, on met les évaporateurs/condenseurs EC1 et EC2 en liaison thermique, et on apporte simultanément de la chaleur à la température Th au réacteur R2 pour provoquer la désorption endothermique de G2 dans R2 et la condensation exothermique de G2 dans EC2, la chaleur libérée dans EC2 étant transférée vers le réacteur EC1, ce qui provoque une évaporation endothermique de G1 dans EC1 et une absorption exothermique concommitante de G1 par Sl dans R1.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif produit du froid à la température Tf lors de l'étape de production de froid du dipôle D2 concomitante à l'étape de régénération du dipôle auxiliaire D1.
Lors de l'étape de régénération du dipôle D2, du froid peut être produit à la température Ti inférieure à To dans EC1 par le dipôle Dl, si la chaleur requise lors de cette étape pour la phase d'évaporation dans EC1 est supérieure à la chaleur fournie par la phase de condensation dans EC2.
Le procédé de production de froid selon le premier mode de réalisation est illustré sur les figures la et lb, qui représentent le diagramme de Clapeyron respectivement pour l'étape de production de froid (Fig. la), et pour l'étape de régénération (fig. lb). Les droites 0, 1, 2 et 3 représentent la courbe d'équilibre respectivement pour le changement de phase L/G du gaz G1, le phénomène renversable G1 + S1 + (Gl,Sl), le phénomène renversable G2 + S2 (G2,S2) et le changement de phase L/G du gaz G2.
Au cours de l'étape de production de froid, l'évaporation de G2 dans EC2 (point E2 de la droite 3) en prélevant de la chaleur au milieu ambiant à refroidir à Tf, et produit donc du froid à cette température. G2 gazeux ainsi produit se transfère dans R2 pour être absorbé par S2 en libérant de la chaleur à une température au-dessus de l'ambiante To (point R2s de la droite 2). Parallèlement, un apport à R1 de chaleur à la température Th (point R1D de la courbe 1) provoque la libération de G1 qui est transféré dans EC1 pour la condensation de G1 (point C1 de la courbe 0), libérant de la chaleur dans l'environnement à To.
Au cours de l'étape de régénération du dipôle D2, qui correspond à l'étape de régénération du dispositif, de la chaleur à la température Th est apportée à R2 (point RD2 de la droite 2) ce qui libère G2 gazeux qui va se condenser dans EC2 (point C2 de la droite 3) en libérant de la chaleur à la température Ti, ladite chaleur étant transférée vers EC1 pour y déclencher la libération de gaz G1 (point E1 de 30:la courbe 0), ledit gaz G1 passant dans R1 pour l'étape de synthèse (point Ris de la courbe 1). Si la chaleur fournie par EC2 à EC1 est insuffisante pour libération la totalité du gaz dans EC1, de la chaleur est prélevé sur l'environnement, ce qui produira du froid à :la température Ti inférieure à la température ambiante.
Dans une forme préférée du premier mode de réalisation, chacun des éléments EC est constitué un ensemble comprenant un évaporateur E et un condenseur C reliés par un conduit permettant le passage de gaz ou de liquide. De plus, afin de:Limiter les pertes thermiques et d'améliorer l'efficacité de la régénération du dipole Dl, les éléments impliqués dans le couplage thermique, c'est-à-dire El et C2, sont isolés thermiquement du milieu ambiant..
Dans un deuxième mode de réalisation, les deux dipôles fonctionnent avec le même gaz G. Dans ce mode de réalisation, les dipôles Dl et D2 du dispositif selon l'invention sont couplés, lors de la phase de régénération du dipôle Dl, par une liaison massique qui permet le passage de gaz entre le réacteur R1 du dipôle Dl et le réacteur R2 du dipôle D2 d'une part, entre les évaporateurs/condenseurs EC1 et EC2 d'autre part. En outre, les phénomènes thermochimiques sont choisis de sorte que T (EC1) = T (EC2) < T(R1) T(R2) Le procédé de production de froid selon ce deuxième mode de réalisation est caractérisé en ce que, au début de la deuxième étape, on arrête la communication entre EC2 et R2, on met en communication R1 et R2, et l'on apporte simultanément de la chaleur à la température Th au réacteur R2, ce qui provoque la désorption endothermique de G par S2 dans R2, en refroidissant le réacteur R1, ce qui provoque d'absorption du gaz G dans R1. Le refroidissement peut être effectué en utilisant des circuits de fluide de refroidissement. Le refroidissement peut. aussi être contrôlé par les conditions extérieures, par exemple par un refroidissement naturel la nuit, en l'absence de soleil.
Au cours du procédé, on met en communication EC1 et EC2 pour faire passer G sous forme liquide de EC1 vers EC2. Cette opération peut être effectuée au cours d'une étape supplémentaire. Elle peut en outre être effectuée pendant la lère ou la 2ème étape, si le dispositif comprend une vanne de détente sur le conduit reliant EC1 et EC2.
Le procédé de production de froid de ce deuxième mode de réalisation est illustré sur les figures 2a et 2b, qui représentent le diagramme de Clapeyron respectivement pour l'étape de production de froid (Fig. 2a), et pour l'étape de régénération (fig. 2b). Les droites 0, 1 et 2 représentent la courbe d'équilibre respectivement pour le changement de phase L/G du gaz G, le phénomène renversable G + S1 (G,Sl), et le phénomène renversable G + S2 (G,S2).
Au cours de l'étape de production de froid, l'évaporation de G dans EC2 (point E de la droite 0) prélève de la chaleur à Tf dans le milieu ambiant et produit du froid à cette température. G gazeux ainsi libéré se transfère dans R2 pour l'étape de synthèse avec S2 en libérant de la chaleur à une température au-dessus de l'ambiante To (point R2s de la droite 2). Parallèlement, un apport à R1 de chaleur à la température Th (point R1D de la courbe 1) provoque la libération de G qui est transféré dans EC1 pour la condensation de G (point C de la courbe 0), libérant de la chaleur dans l'environnement à To.
Au cours de l'étape de régénération, de la chaleur à la température Th est apportée à R2 (point R2D de la droite 2) ce qui libère G gazeux qui est transféré dans R1 pour la synthèse avec S1 (point Rn de la courbe 0).
La présente invention est illustrée par les exemples suivants auxquels elle n'est cependant pas limitée.
Exemple 1
Cet exemple illustre un dispositif pour la production de froid, dans lequel les dipôles coopèrent par une liaison thermique. Chacun des éléments EC est constitué par un condenseur et un évaporateur reliés par un conduit permettant le passage de gaz ou de liquide, et désignés par Cl, C2, El et E2. Une représentation schématique du dispositif est donnée sur la figure 3.
Conformément à la figure 3, le dipôle D1 comprend un réacteur R1, un condenseur Cl et un évaporateur El. R1 et Cl sont reliés par un conduit muni d'une vanne 1.1, Cl et El sont reliés par un conduit simple. R1 est muni de moyens de chauffage 2.1 et de moyens 3.1 pour évacuer de la chaleur.
Cl est muni de moyens 4.1 pour évacuer de la chaleur de condensation. Le dipôle D2 comprend un réacteur R2, un condenseur C2 et un évaporateur E2. R2 et C2 sont reliés par un conduit muni d'une vanne 1.2, R2 et E2 sont reliés par un conduit muni d'une vanne 8.2, C2 et E2 sont reliés par un conduit muni d'une vanne de détente 9.2. R2 est muni de moyens de chauffage 2.2 et de moyens 3.2 pour éliminer de la chaleur. E2 est muni de moyens 5.2 pour prélever de la chaleur sur le milieu à refroidir. El et C2 sont munis de moyens 6 permettant l'échange de chaleur entre eux et d'un dispositif 7 qui les isole thermiquement de l'environnement.
Rl est le siège d'une sorption chimique renversable de méthylamine (gaz G1) sur CaCl212 NH2CH3 (le solide réactif S1), Cl et El étant le siège d'un phénomène de condensation /évaporation de méthylamine (le gaz G1), R2 est le siège d'une sorption chimique renversable de NH3 (le gaz G2) sur CaC12, 4 NH3 (le solide S2), C:2 et E2 étant le siège d'un phénomène de condensation /évaporation du gaz NH3.
Les phénomènes thermochimiques sont comme suit: 15 É pour le dipole 1: NH2CH3 (gdz) -- NH2CH3 (liquide) (CaC12, 2.NH2CH3) + 4.NH2CH3 t (CaC12, 6.NH2CH3) É pour le dipole 2: NH3 (gaz) -- NH3 (liquide) (CaC12, 4.NH3) + 4.NH3 =' (CaC12, 8.NH3) Le fonctionnement du dispositif comportant ces réactifs est représenté sur la figure 9 qui donne les courbes d'équilibre des phénomènes thermochimiques concernés.
Les parties du dispositif qui sont actives lors de l'étape de production de froid sont représentées sur la figure 4. On ouvre les vannes 1.1 et 1. 2 et les moyens de transfert de chaleur 6 sont inactivés. L'ouverture des vannes 8.2 et 9.2 provoque la production spontanée du gaz G2 dans E2, le transfert de G2 vers R2 à travers la vanne 8.2, ce qui provoque d'une part la production de froid autour de E2 par les moyens de prélèvement de chaleur 5.2, et la synthèse dans R2 avec élimination de la chaleur formée vers l'atmosphère autour de R2 à l'aide des moyens 3.2. Parallèlement, les moyens de chauffage 2.1 apportent à R1 de la chaleur qui est à la température Th, ce qui provoque la production de G2 dans G2, G2 passant dans Cl relié thermiquement à l'environnement par les moyens 4.1. G2 condense dans C2 et passe dans El.
Les parties du dispositifs qui sont actives lors de l'étape de régénération du dispositif sont représentées sur la figure 5. Les vannes 1.1 et 1.2 restent ouvertes, on apporte à R2 par les moyens 2.2 de la chaleur à la tempéra- ture Th, ce qui libère le gaz G2 qui passe dans le condenseur C2 dans lequel il se condense avant de passer simultanément ou ultérieurement dans l'évaporateur E2, en fonction de l'état de la vanne 9.2. La chaleur dégagée par la condensation dans C2 est transférée vers El par les moyens 6. Cet apport de chaleur dans El provoque une évaporation de Gl qui est transféré via Cl et la vanne 1.1 dans R1 où il est absorbé par S1, la chaleur libérée par cette absorption étant transférée vers l'environnement à la température To par les moyens 3.1. A la fin de cette étape, le dispositif est à nouveau prêt à produire du froid. Si la production doit être immédiate, on recommence la première étape. Si la production doit être différée, on maintient le dispositif à l'état régénéré en fermant les vannes 1.1, 1.2 et 8.2.
Un tel dispositif permet de produire du froid à une température Ti intermédiaire entre To et Tf lors de l'étape de régénération du disposiif. Par exemple, en se référant à la figure 9, si la chaleur fournie par EC2 par la condensation de NH3 à EC1 pour l'évaporation de NH2CH3 est:insuffisante pour libération la totalité de NH2CH3, de la chaleur est prélevé sur l'environnement, ce qui produira du froid à la température Ti voisine de 0 C.
Exemple 2
Cet exemple illustre un dispositif pour la production de froid, dans lequel les dipôles coopèrent par une liaison massique. EC1 et EC2 sont respectivement un condenseur Cl et un évaporateur E2. Une représentation schématique du dispositif est donnée sur la figure 6.
Conformément à la figure 6, le dipôle Dl comprend le réacteur Ri et le condenseur Cl:reliés par un conduit muni d'une vanne 11. Ri comprend des moyens 21 pour amener de la chaleur et des moyens 31 pour éliminer de la chaleur. Cl comprend des moyens 41 pour éliminer de la chaleur. Le 80651 FR 2877426 12 dipôle D2 comprend le réacteur R2 et l'évaporateur E2 reliés par un conduit muni d'une vanne 12. R2 comprend des moyens 22 pour amener de la chaleur et des moyens 32 pour éliminer de la chaleur. E2 comprend des moyens 52 pour apporter de la chaleur.
R1 et R2 sont reliés par un conduit qui est placé avant les vannes 11 et 12, et qui est muni d'une vanne 8. Cl est relié par un conduit à un réservoir qui est lui-même relié à E2 par un conduit muni d'une vanne de détente 9 qui peut par exemple être contrôlée et activée par une baisse de niveau de liquide ou de pression régnant dans E2.
Les parties actives du dispositif lors de l'étape de production de froid sont représentées sur la figure 7. La vanne 8 est fermée, la vanne de détente 9 est activée selon le remplissage en liquide ou la pression régnant dans E2, et on ouvre les vannes 11 et 12. L'ouverture de la vanne 12 provoque l'évaporation exothermique de gaz dans E2 avec production de froid, et la synthèse exothermique dans R2, la chaleur étant évacuée par 32. Dans le même temps, on apporte à R1 via 21 de la chaleur à la température Tf, ce qui provo-que la libération de gaz dans R1, le transfert de ce gaz vers C dans lequel il se condense, la chaleur de condensation étant transférée vers l'environnement par 41. Le liquide condensé dans C est transféré dans le réservoir 10.
Les parties actives du dispositif lors de l'étape e régénération sont représentées sur la figure 8. Au début de cette étape, on ferme les vannes 11 et 12, on ouvre la vanne 8 et la vanne de détente 9 est fermée, compte tenu du fait que la pression ou le niveau de liquide dans E2 n'ont pas diminué. Un apport de chaleur à la température Tf à R2 via 22 provoque un dégagement de gaz dans R2, le transfert de ce gaz vers R1 via la vanne 8, et la synthèse exothermique dans R1, la chaleur libérée étant éliminée via 31.
Un tel dispositif peut être mis en oeuvre en utilisant 35 l'ammoniac comme gaz G, CaC12r 4 NH3 comme solide S2 dans R2 et BaC12 comme solide S1 dans R1.
Les phénomènes thermochimiques sont comme suit: NH3 (gaz) -- NH3 (liquide) (CaC12, 4 NH3) + 4 NH3 -- (CaC12, 8 NH3) (BaC12) - 8 NH3 ti (BaC12, 8 NH3) Le fonctionnement du dispositif comportant ces réactifs est représenté sur la figure 10 qui donne les courbes d'équilibre des phénomènes thermochimiques concernés. Des courbes analogues seraient obtenues par un dispositif similaire, dans lequel CaC1214NH3 serait remplacé par SrC12, NH3.
L'étape de production de froid est matérialisée par les positions 1 et 2 des dipôles Dl et D2. Dl est en phase de régénération grâce à l'introduction de chaleur disponible à la température Th de l'ordre de 70 C, pour provoquer la décomposition de (BaC1218NH3) dans R1 avec libération de NH3 qui va se condenser dans Cl en libérant la chaleur dans le puits thermique constitué par l'ambiante à To=25 C. Concommitamme:nt, D2 est en phase de production de froid, en prélèvant de la chaleur sur le milieu à refroidir à une température Tf de l'ordre de -30 C.
L'étape de régénération deD2 est matérialisée par la position 3. L'apport de la chaleur disponible à la tempéraure Th de l'ordre de 70 C provoquela décomposition de (CaC12, 8.NH3) en libérant NH3, qui est transféré dans R1 pour y provoquer la synthèse de BaC12, 8NH3. A ce stade, les réacteurs R1 et R2 sont dans l'état requis pour un dispositif régénéré, et l'ouverture de la vanne 9 permet de mettre Cl et E2 dans l'état requis pour un régénération complète du dispositif.
Claims (9)
1. Dispositif pour la production de froid à une température Tf inférieure à -20 C, à partir d'une source de chaleur à une température Th de l'ordre de 60-80 C et d'un puits thermique à la température ambiante To de l'ordre de 10 C à 25 C, comprenant un dipôle D2 producteur de froid et un dipôle auxiliaire Dl, caractérisé en ce que: É les phénomènes thermochimiques dans le dipôle D2 sont tels que ce dipôle peut produire du froid à Tf avec un 10 puits thermique à la température ambiante To; É les phénomènes thermochimiques dans le dipôle Dl sont tels que ce dipôle peut être régénéré à partir de la source de chaleur Th et un puits thermique à la température To; É Dl comprend un évaporateur/condenseur EC1 et un réacteur R1 reliés par un conduit permettant le passage contrôlé de gaz, et D2 comprend un évaporateur/condenseur EC2 et un réacteur R2 relié par un conduit permettant le passage contrôlé de gaz; É EC1 contient un gaz Gi et R1 contient un sorbant Si capable de former un processus physico-chimique renversable avec G1, et EC2 contient un gaz G2 et R2 contient un sorbant S2 capable de former un processus physico- chimique renversable avec G2; É les gaz et les sorbants mis en oeuvre sont choisis de manière que, à une pression donnée, les températures d'équilibre des phénomènes thermochimiques dans les réacteurs et les évaporateurs/condenseurs sont telles que T(EC1) T(EC2) < T(R1) < T(R2) ; É Les dipôles Dl et D2 sont munis de moyens permettant de les coupler entre eux par voie thermique lorsque G1 et G2 sont différents et par voie massique lorsque G1 et G2 sont identiques.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le phénomène thermochimique dans les évaporateurs/ condenseurs sont choisis parmi le changement de phase L/G de l'ammoniac (NH3), le changement de phase de la méthylamine (NH2CH3) et le changement de phase de H20.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le phénomène thermochimique dans les réacteurs sont choisis parmi les sorptions chimiques renversable de NH3 par CaC12, par SrC12 ou par BaC12, ou de NH2CH3 par CaC12, l'adsorption d'eau par la zéolithe ou un silicagel, l'adsorption de méthanol ou de l'ammoniac dans du charbon actif, et l'absorption de NH;; dans une solution liquide d'ammoniaque (NH3, H2O) .
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des évaporateurs/condenseurs est constitué par un ensemble comprenant un évaporateur E et un condenseur C reliés par un conduit permettant le passage de gaz ou de liquide.
5. Procédé pour la production de froid à une température Tf inférieure à 20 C, à partir d'une source de chaleur à une température Th de l'ordre de 60-80 C et d'un puits thermique à la température ambiante To de l'ordre de 10 C à 25 C, caractérisé en ce qu'il consiste à faire fonctionner le dispositif selon la revendication 1 à partir d'un état initial dans lequel le dipôle D2 est à l'état régénéré, et le dipôle Dl est à régénérer, les deux éléments d'un dipôle donné étant isolés l'un de l'autre, ledit procédé comprenant une série de cycles successifs constitués par une étape de production de froid et une étape de régénération: - au début de la première étape, qui est l'étape de production de froid à Tf, on met les deux éléments de chacun des dipôles en communication, ce qui provoque la phase d'évaporation endothermique spontanée dans EC2 (productrice de froid à Tf) qui produit G2 sous forme de gaz, et le transfert du gaz libéré vers R2 pour son adsorption exothermique par S2 dans R2, et parallèlement on apporte de la chaleur à la température Th au réacteur Ri, ce qui provoque la désorption du gaz G1 par S:L dans R1 et la phase de condensation de G1 dans EC1; - au cours d'une deuxième étape, qui est l'étape de régénération du dispositif, on apporte de la chaleur à la température Th au réacteur R2 pour réaliser la désorption de G2 par le so:rbant S2 dans R2, et on transfère de D2 vers Dl soit de la chaleur lorsque G1 et G2 sont différents, soit du gaz si G1 et G2 sont identiques, pour réaliser une sorption de gaz par S1 dans R1.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le couplage des dipôles est effectué par voie thermique entre l'évaporateur/ condenseur EC1 du dipôle Dl et l'évaporateur/condenseur EC2 du dipôle D2, G1 et G2 sont différents, et les phénomènes thermochimiques sont choisis tels que, dans cette phase de couplage, T(EC1) < T(EC2) < T(R1) < T(R2).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, au cours de la seconde étape, on met les évaporateurs/condenseurs EC1 et EC2 en liaison thermique, et on apporte simultanément de la chaleur à la température Th au réacteur R2 pour provoquer la désorption endothermique de G2 dans R2 et la condensation exothermique de G2 dans EC2, la chaleur libérée dans EC2 étant transférée vers le réacteur EC1, ce qui provoque une évaporation endothermique de G1 dans EC1 et une absorption exothermique concommitante de G1 par Si dans R1.
8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les dipôles Dl et D2 fonctionnent avec le même gaz G et sont couplés, lors de la phase de régénération du dipôle Dl, par une liaison massique qui permet le passage de gaz entre le réacteur R1 du dipôle Dl et le réacteur R2 du dipôle D2 d'une part, entre les évaporateurs/condenseurs EC1 et EC2 d'autre part, les phénomènes thermochimiques étant choisis de sorte que T(EC1) = T(EC2) < T(Rl) < T(R2).
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, au début de la deuxième étape, on arrête la communication entre EC2 et R2, et on met en communication EC2 et R2, et l'on apporte simultanément de la chaleur à la température Th au réacteur R2, ce qui provoque la désorption endothermique de G dans R2, et en refroidissant le réacteur R1, ce qui prvoque d'absorption du gaz G dans R1.
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