Appareil de production de froid comportant un panneau rayonnant et un panneau évaporateur

Abstract

 Appareil de production de froid comportant un panneau rayonnant et un panneau évaporateur.
Il comprend une enceinte de stockage de froid, un premier panneau (10) formant une surface rayonnante, un second panneau (12) sensiblement vertical immergé dans le matériau de l'enceinte de stockage de froid, un conduit formé en serpentin (14,16) sur chacun des premier et second panneaux, un fluide vaporisable à l'intérieur du circuit fermé, l'ensemble jouant le rôle d'une diode thermique.
Application aux appareils pour la production de froid.

Description

[0001] La présente invention due aux travaux de monsieur le professeur Félix TROMBE et de messieurs, Raymond BERGER, Maurice de CACHARD et André GOUZY du Commissariat à l'Energie Atomique, a pour objet un appareil modulaire de production de froid.

[0002] On connaît selon l'art antérieur des appareils pour la production de froid fonctionnant de manière autonome, c'est-à-dire sans approvisionnement extérieur en énergie et ne comportant aucune pièce mobile, ce qui leur confère une grande simplicité et une excellente fiabilité. Ces appareils sont basés sur la propriété connue que présente l'atmosphère terrestre de laisser passer préférentiellement le rayonnement compris entre 8 et 13₁i et entre 16 et 25µ. Une partie des rayonnements émis par les corps noirs se situe dans ces plages.

[0003] On sait qu'un corps noir est un corps qui absorbe complètement le rayonnement qu'il reçoit, quelle que soit sa longueur d'onde. Un tel corps est en équilibre thermodynamique avec le rayonnement qu'il reçoit et avec le rayonnement qu'il émet. En principe, l'émissivité d'un corps noir est égale à l'unité et s'étend dans tout le spectre, en particulier dans les fenêtres de transparence de l'atmosphère. Lorsqu'un corps noir est placé dans l'atmosphère, la partie d'énergie qu'il rayonne dans lesdites fenêtres est transmise vers l'espace quasiment sans accumulation. Il en résulte un refroidissement du corps émetteur. La chute de température subie par ce corps est toutefois limitée si des échanges thermiques parasites ont lieu avec l'air ambiant ou avec le sol, soit par convection, soit par l'intermédiaire de phénomènes de condensation liés au degré d'humidité de l'air.

[0004] Dans les appareils pour la production de froid de type connu, le corps qui subit un refroidissement du fait de son rayonnement à travers les fenêtres de transparence de l'atmosphère est thermiquement relié à un matériau qui présente une transition solide-liquide au voisinage de la température de fonctionnement de l'appareil. Cette liaison thermique s'effectue au moyen d'un tube de chaleur caloduc qui joue le rôle d'une diode thermique et qui assure la liaison thermique uniquement dans le sens du matériau vers le corps noir. Il en résulte un abaissement de la température du matériau provoquant sa solidification sans que la transformation inverse de la phase solide à la phase liquide puisse se produire, car le transfert des calories qui pourraient provenir du corps rayonnant est bloqué par la diode thermique. L'appareil produit donc du froid et l'emmagasine.

[0005] On a représenté sur la figure 1, un exemple de réalisation d'un tel appareil pour la production de froid de type connu. Cet appareil comporte une surface rayonnante 2 reliée thermiquement à un caloduc 4 constituant une diode thermique. La partie inférieure 6 de ce caloduc est munie d'ailettes 8 qui ont pour but d'accroître la surface d'échange entre le matériau fusible et le caloduc 4, et est immergée à l'intérieur d'un matériau fusible qui est liquide à la température ambiante diurne, de l'eau par exemple, ce réservoir étant isolé thermiquement du sol et rendu étanche par ses parois par exemple en matière plastique. Ce réservoir de stockage n'a pas été représenté sur la figure 1.

[0006] A sa partie supérieure, le caloduc 4 présente une structure capillaire discontinue, ce qui permet de réaliser la fonction de diode thermique : lorsque la surface rayonnante est à une température supérieure à celle de l'enceinte de stockage, le liquide condensé du caloduc reste dans la partie basse du caloduc et le transfert de calories par le caloduc ne peut s'effectuer.

[0007] Le caloduc est rempli d'un composé dont le point d'évaporation est compatible avec la température de fonctionnement de l'appareil : par exemple, un fréon ou de l'ammoniac.

[0008] Cependant, les appareils pour la production de froid qui viennent d'être décrits présentent un certain nombre d'inconvénients.

[0009] La réalisation du ou des caloducs assurant la liaison thermique entre le stockage froid et la surface rayonnante est complexe, ce qui entraîne un coût de fabrication élevé.

[0010] Les ailettes travaillent en régime de conduction thermique. Par suite, leur rendement n'est pas très élevé. Ainsi, la liaison thermique entre le matériau de stockage et le caloduc 4 est relativement' médiocre.

[0011] D'autre part, la surface rayonnante 2 travaille également en régime de conduction thermique. Par suite, la liaison thermique entre cette surface rayonnante et le caloduc est aussi relativement médiocre.

[0012] Enfin, de tels appareils présentent un encombrement important, analogue à celui d'un parapluie ouvert. Par suite, ils se prêtent mal au transport. Lorsqu'il est nécessaire de transporter un grand nombre de ces appareils sur de longues distances, le coût de ce transport est très élevé.

[0013] La présente invention a précisément pour objet un appareil pour la production de froid qui remédie aux inconvénients des dispositifs antérieurement connus. Elle en simplifie la réalisation, en accroît sensiblement le rendement thermique, et surtout elle en diminue l'encombrement au cours du transport, ce qui permet d'obtenir une réduction importante des coûts de fabrication, de transport et d'installation.

[0014] Plus précisément, l'appareil pour la production de froid selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend :

- une enceinte de stockage de froid remplie d'un matériau présentant une transmission solide-liquide au voisinage de la température de fonctionnement de l'appareil,

- un premier panneau formant une surface rayonnante dont le rayonnement tombe dans au moins une des fenêtres de transparence de l'atmosphère,

- un second panneau sensiblement vertical immergé dans le matériau de l'enceinte de stockage de froid,

- un conduit formé en serpentin sur chacun des premier et second panneaux, ces conduits étant reliés par des raccords plastiquement déformables pour former un circuit fermé,

- une certaine quantité d'un fluide vaporisable dans les conditions de fonctionnement de l'appareil à l'intérieur du circuit fermé, l'ensemble constitué par les premier et second panneaux, le circuit fermé et le fluide caloporteur formant un dispositif de type caloduc jouant le rôle d'une diode thermique qui ne transmet la chaleur que dans le sens de l'enceinte de stockage vers la surface rayonnante.

[0015] De préférence, les raccords entre les conduits en forme de serpentins formés sur chacun des panneaux, l'un pour le départ de la vapeur vers le condenseur, l'autre pour le retour du liquide vers l'évaporateur, sont réalisés en métal recuit, en cuivre ou en aluminium par exemple. Ceci permet de ployer et de déployer l'ensemble un certain nombre de fois sans risque de fuites ou de ruptures.

[0016] Selon un mode préférentiel de réalisation, l'ensemble constitué par la surface rayonnante, le second panneau formant évaporateur, le circuit fermé, est formé par un seul panneau ajouré dans sa partie centrale pour déterminer un panneau supérieur formant la surface rayonnante et un panneau inférieur formant évaporateur.

[0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- les figures 2 et 3 représentent deux variantes de réalisation de l'appareil de production de froid selon l'invention,

- la figure 4 représente un appareil de production de froid selon l'invention, muni d'un flotteur.

[0018] On a représenté sur la figure 2 un premier mode de réalisation de l'appareil de production de froid selon l'invention. Cet appareil se composée d'un premier panneau 10 formant une surface rayonnante dont le rayonnement tombe dans au moins une fenêtre de transparence de l'atmosphère, un second panneau 12 immergé sensiblement verticalement dans le matériau de l'enceinte de stockage. Un conduit 14 en forme de serpentin est formé sur le panneau 10. Un conduit 16 sensiblement identique au conduit 14 est formé sur le panneau 12. L'extrémité 14a du conduit 14 est raccordée à l'extrémité 16a du conduit 16 par un raccord 18. De la même manière, l'extrémité 14b du conduit 14 est raccordée à l'extrémité 16b du conduit 16 par un raccord 20. Le raccord 20 comporte un embout de remplissage 22 par lequel on introduit une certaine quantité d'un fluide caloporteur à l'intérieur du circuit fermé constitué par les conduits 14 et 16 et par les raccords 18 et 20. Ce fluide caloporteur, par exemple un fréon ou de l'ammoniaque est vaporisable dans les conditions de fonctionnement de l'appareil. La tubulure 18 sert pour le départ de la vapeur vers le condenseur, tandis que la tubulure 20 sert pour le retour du liquide caloporteur vers l'évaporateur.

[0019] On réalise ainsi un dispositif de type caloduc jouant le rôle d'une diode thermique dont le fonctionnement est le suivant. Lorsque, du fait de son rayonnement à travers les fenêtres de transparence de l'atmosphère, le panneau 10 fonctionnant comme. surface rayonnante subit un refroidissement, _'un transfert de chaleur se produit par effet caloduc du panneau 12 vers la surface rayonnante 10 et par conséquent, vers l'atmosphère : une certaine quantité de fluide caloporteur se vaporise à l'intérieur du panneau évaporateur 12. La vapeur ainsi formée se déplace par le conduit 16, puis par le raccord 18 jusque vers le panneau 10, plus froid, qui joue le rôle de condenseur. L'appareil produit donc du froid et l'emmagasine.

[0020] Dans l'hypothèse inverse, c'est-à-dire lorsque le panneau 10 se trouve à une température supérieure à celle du panneau 12, la totalité du fluide caloporteur se trouvant dans le panneau 12, un transfert de chaleur par effet caloduc est bloqué. Seul reste possible un transfert de chaleur par conduction. Cependant,comme on le sait, l'importance d'un tel transfert de chaleur reste très limitée.

[0021] Comme on peut le constater, la liaison thermique entre le matériau de stockage et le panneau évaporateur 12 est améliorée du fait de la présence du conduit 16 en forme de serpentin sur toute la surface de l'évaporateur. D'une manière identique, la liaison thermique entre le conduit 14 et le panneau condenseur est améliorée.

[0022] L'appareil peut être réalisé suivant le procédé "Roll Bond" qui consiste à déposer par impression (genre rotative pour journaux) une peinture sur une feuille métallique ; on place ensuite une autre feuille métallique et on colamine à chaud l'ensemble. Il se produit une moulure par diffusion sauf aux endroits recouverts de peinture. On crée ensuite une pression qui décole les parties non soudées. Les . panneaux 10 et 12 peuvent être constitués par des panneaux condenseurs d'usage courant dans l'industrie frigorifique. Par conséquent, le coût de l'appareil est diminué. L'encombrement au cours du transport est également diminué, ce qui permet une réduction du coût de ce transport.

[0023] Les raccords 18 et 20 sont réalisés en un matériau déformable plastiquement, par exemple en cuivre ou en aluminium recuit, ce qui permet, de ployer et de déployer l'ensemble un certain nombre de fois sans risque de fuites ou de ruptures. La structure ainsi obtenue est dite "portefeuille" par opposition à la structure de l'appareil selon l'art antérieur décrit précédemment dite "parapluie ouvert". L'encombrement au cours du transport est ainsi réduit.

[0024] On a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation de l'appareil représenté sur la figure 2. Cet appareil est réalisé en un seul panneau qui remplit simultanément les fonctions de condenseur dans sa partie supérieure 10, et d'évaporateur dans sa partie inférieure 12. Les zones 10 et 12 sont séparées par des ajours 24 qui permettent d'isoler thermiquement l'évaporateur 12 du condenseur 10. Les raccords 18 et 20 du mode de réalisation précédent sont ainsi supprimés, le circuit fermé à l'intérieur duquel se trouve le fluide caloporteur étant réalisé en une seule partie. Seul reste nécessaire l'embout de remplissage 22 pour le fluide caloporteur.

[0025] Ce panneau peut également être réalisé suivant le procédé "Roll Bond".

[0026] Cet appareil simple et peu coûteux peut être utilisé sur de très grandes surfaces, et il est intéressant de le présenter sous forme modulaire. Une telle réalisation est représentée sur la figure 4.

[0027] Sur cette figure, le panneau formé en une seule pièce décrit en référence à la figure 3 est accroché par un rebord 26 obtenu par le pliage de l'extrémité du panneau 10 à un flotteur 28. La forme du flotteur 28 qui peut être réalisée par exemple en polystyrène expansé, est déterminée de façon à épouser celle du panneau et à donner à l'ensemble l'assiette souhaitée en fonction des données géographiques et topographiques du lieu d'implantation. Des appareils modulaires, tels que celui qui est représenté sur la figure 4, tous identiques mais totalement indépendants les uns des autres peuvent être juxtaposés pour couvrir en totalité une surface aussi grande qu'on le désire.

[0028] Ils peuvent être chargés en fluide caloporteur à l'issue de leur fabrication et transportés soit à plat avec une mise en forme sur le lieu d'utilisation, leur ceintrage facilité par la pression interne exercée par le fluide caloporteur étant obtenu au moyen d'un outillage approprié, soit après mise en forme sur les lieux de fabrication, en les imbriquant les uns dans les autres.

[0029] Lorsque ces panneaux sont réalisés en aluminium ou en alliage d'aluminium, comme c'est le cas lorsqu'ils sont fabriqués par le procédé "Roll Bond", la surface rayonnante peut être obtenue directement à peu de frais par un traitement d'oxydation anodique exécuté après le remplissage en fluide caloporteur et le scellement du panneau.

Revendications

1. Appareil pour la production de froid, caractérisé en ce qu'il comprend :

- une enceinte de stockage de froid remplie d'un matériau présentant une transmission solide-liquide au voisinage de la température de fonctionnement de l'appareil,

- un premier panneau (10) formant une surface rayonnante dont le rayonnement tombe dans au moins une des fenêtres de transparence de l'atmosphère,

- un second panneau (12) sensiblement vertical immergé dans le matériau de l'enceinte de stockage de froid,

- un conduit formé en serpentin (14, 16) sur chacun des premier et second panneaux, ces conduits étant reliés par des raccords (18, 20) plastiquement déformables pour former un circuit fermé,

- une certaine quantité d'un fluide vaporisable dans les conditions de fonctionnement de l'appareil à l'intérieur du circuit fermé, l'ensemble constitué par les premier et second panneaux (10, 12), le circuit fermé (14, 16) et le fluide caloporteur formant un dispositif de type caloduc jouant le rôle d'une diode thermique qui ne transmet la chaleur que dans le sens de l'enceinte de stockage vers la surface rayonnante (10).

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les raccords plastiquement déformables (18, 20) sont réalisés en un métal recuit choisi dans le groupe comprenant l'aluminium et le cuivre.

3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le panneau condenseur (10), le panneau évaporateur (12), le circuit fermé dans lequel circule le fluide caloporteur, les raccords (18 et 20) sont fabriqués en un seul panneau, ce panneau comportant des ajours (24) dans sa partie centrale qui limitent la conduction thermique entre le condenseur (10) et l'évaporateur (12).

4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un flotteur (28) disposé sous le panneau (10) formant la surface rayonnante, et accroché par un rebord (26) de la surface (10), la forme du flotteur (28) étant appropriée pour donner à l'appareil l'assiette souhaitée.

Dessins