Brevet FR2632054A1 — publié le 19891201

"Procédé et dispositif de mise en oeuvre du froid indépendamment du temps et de l'état réchauffé d'un milieu froid " L'invention concerne un procédé et un dispo- sitif de mise en oeuvre indépendante du temps du froid d'un milieu se trouvant à l'état refroidi ainsi que l'utilisation du milieu lui-même à l'état réchauffé, caractérisé en ce qu'on extrait au moins une partie du milieu réfrigéré à utiliser pour le refroidissement d'un accumulateur de froid. Fréquemment, il est utilisé un seul et même milieu comme source de froid et sous forme réchauffée, comme milieu de processus. Dans ce cas, on retiendra l'utilisation des gaz tels que, par'exemple, l'azote, l'oxygène, l'argon, l'hélium,... quand ils se trouvent liquéfiés à très basse température pour leur mise à disposition. De ce fait, cependant, se pose aussi fré- quemment le problème que la demande en gaz liquéfiés sous leur forme réchauffée ainsi que la demande en gaz et la demande en froid ne coïncidant pas. Lors de l'alimentation d'un processus à base de gaz liquéfié, il est connu de vaporiser le gaz li- quéfié à l'aide d'un évaporateur grâce à la chaleur ambiante et préparer ainsi la quantité de gaz néces- saire. En outre, le froid contenu dans les milieux cryogéniques liquides est cédé à l'environnement. S'il se crée simultanément une demande en gaz et une demande en froid, on crée principalement la possibilité d'utiliser d'abord le froid contenu dans le milieu, par exemple apport du gaz liquéfié froid liquide sur le lieu de la demande en froid et là, tra- versée d'un échangeur de chaleur et ensuite utilisa- tion ultérieure du milieu sous forme de gaz réchauffé. Mais, si les demandes en froid et en milieu réchauffé ne peuvent être couplés, on perd ainsi chaque fois une possibilité d'utilisation du milieu de sortie froid. L'invention se propose de créer un procédé qui rende possible une utilisation indépendante du temps d'un milieu se trouvant à l'état refroidi ainsi que l'utilisation du milieu lui-même à l'état réchauf- fé. Ce problème est résolu selon l'invention en ce qu'au moins une partie du milieu refroidi pour la réfrigération est extrait d'un accumulateur de froid. Economiquement parlant, au moins 30 %, mais de préfé- rence la totalité du milieu, est à utiliser pour le refroidissement de l'accumulateur de froid, cela dé- pendant chaque fois des demandes globales en froid. D'un côté, on accumule ainsi du froid, tan- dis que de l'autre, on produit au moins partiellement un milieu réchauffé. Le froid ainsi obtenu dans l'ac- cumulateur de froid peut en être extrait à tout moment souhaité. Comme matières d'accumulation de froid, con- viennent des matériaux solides et en particulier des matériaux liquides qui sont placés dans des récipients ou des chambres isolées. Pour l'extraction du froid, on peut, par exemple, faire, par un milieu de refroi- dissement à travers l'accumulateur de froid, amener par pompage ce milieu d'accumulation de froid lui-même sur le lieu de la demande en froid. Comme milieux d'accumulation de froid, conviennent particulièrement des liquides qui restent physiquement à l'état liquide jusqu'à des températures très basses et sont faciles à manipuler. Des caloporteurs à base d'huiles de silico- ne, des fréons, des saumures et des alcools sont des exemples de ces liquides. Comme domaines de températu- res appropriés pour l'accumulateur de froid lors de la mise en oeuvre de ce procédé, il faut prévoir le do- maine en dessous de -40'C. Dans une mise en oeuvre avantageuse du pro- cédé selon l'invention, on accumule de façon intermé- diaire de la même manière en fonction d'une demande en froid un milieu produit en général gazeux réchauffé qui n'est pas nécessaire immédiatement. De cette façon aussi, de façon. favorable, on ne gaspille, quelle que soit la demande en froid, aucune quantité du milieu à utiliser. De manière avantageuse, on réalise un pilo- tage du procédé selon l'invention de façon à ce que la température de l'accumulateur de froid soit mesurée en permanence et que le milieu de réfrigération soit ex- trait ensuite pour le refroidissement de l'accumula- teur de froid quand sa température se situe à une pre- mière valeur fixée, le refroidissement de l'accumula- teur de froid étant maintenu jusqu'à l'obtention d'une seconde température déterminée plus basse. Par ce pilotage, on assure que l'accumula- teur de froid reste à un niveau de température très bas constant et permet de satisfaire aux demandes en froid calculables restant constantes d'autres instal- lations. Pour parvenir à un démarrage plus rapide de l'alimentation en froid selon l'invention, on peut ce- pendant également prévoir comme variante de réalisa- tion fondamentale plusieurs accumulateurs de froid sé- parés plutôt qu'un accumulateur de froid plus impor- tant pour pouvoir disposer plus vite de températures très basses. En outre, le démarrage est tel que le froid du premier accumulateur de froid est déjà à nou- veau disponible alors que le second accumulateur n'est pas encore refroidi, une inversion s'effectuant quand on obtient un niveau de température déterminée qui permute les accumulateurs de froid dans leur état de fonctionnement. Avantageusement aussi, plusieurs accu- mulateurs de froid peuvent être à des niveaux de tem- pérature différents, pour permettre une alimentation de différents utilisateurs de froid à différentes tem- pératures. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, pour le stockage du froid, on utilise un accumu- lateur de froid contenant un milieu frigorifique. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le milieu réchauffé qui n'a pas été utilisé est stocké de façon intermédiaire. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, la température de l'accumulateur de froid est mesurée en permanence et que le milieu froid est en- suite extrait pour le refroidissement de l'accumula- teur de froid quand sa température dépasse une premiè- re valeur souhaitée, le refroidissement de l'accumula- teur de froid étant alors maintenu jusqu'à l'obtention d'un second niveau de température très bas déterminé. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, que pour le stockage du froid, on utilise plu- sieurs accumulateurs de froid. Un dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention, comportant un réservoir ou un généra- teur pour le milieu frigorifique et un système d'uti- lisation comportant un échangeur de chaleur placé en $ avant ou un évaporateur, est caractérisé en ce que, dans la jonction entre le réservoir ou le générateur et le système d'utilisation est placé un accumulateur de froid à travers lequel on peut faire passer le mi- lieu froid pour y céder son froid et parallèlement à l'accumulateur de froid à son voisinage immédiatement se trouve une conduite de dérivation qui peut être connectée ou déconnectée et lors de la mise en cir- cuit, la totalité du milieu froid est amenée directe- ment par l'échangeur de chaleur ou l'évaporateur au système d'utilisation. Dans une variante avantageuse de l'inven- tion, on place, sur l'accumulateur de froid, un cap- teur de température qui se trouve en liaison avec un bloc de régulation qui, à son tour, est relié avec une soupape de commande en avant de l'accumulateur de froid grâce auquel le milieu froid peut être conduit soit par l'accumulateur de froid, soit par la conduite de dérivation. Grâce à ces éléments, une alimentation en froid et en milieu réchauffé automatisée des ins- tallations est possible. Une autre version convenable du procédé se- lon l'invention, est réalisée avec une installation dans laquelle, entre le réservoir d'alimentation ou le générateur pour le milieu froid et le système d'utili- sation, on place plusieurs accumulateurs de froid per- mutables dans leur rôle se rapportant à la réception de froid ou à la cession de froid. En raison des très basses températures pré- sentes essentiellement, et des chaleurs latentes exis- tant en outre dans les gaz liquéfiés, l'utilisation du procédé dans de nombreux domaines de mise en réaction de gaz liquéfiés est particulièrement avantageuse. Un exemple de réalisation du procédé de l'invention est, dans la suite, explicité plus en dé- tail à l'aide d'une figure unique schématique. La figure montre un exemple de réalisation du procédé de l'invention pour l'alimentation indépen- damment du temps d'un système de gaz interne avec un gaz inerte et d'un système d'épuration par le froid de gaz d'échappement. Un réservoir d'accumulateur 1 pour de l'azo- te liquide est relié à un accumulateur de froid 3 rem- pli d'un milieu froid liquide. Le milieu cryogénique refroidi peut être introduit à travers un serpentin de refroidissement 4 dans le réservoir d'accumulateur de froid 3, et cède, de ce fait, son froid au milieu de réfrigération se trouvant dans ce réservoir 3. Du côté de la sortie, l'accumulateur de froid 3 est relié à un évaporateur 5 qui, de l'autre côté, est relié par la soupape à trois voies 2 directement au réservoir d'ac- cumulation 1. Le gaz liquéfié peut ainsi être amené d'un côté par l'accumulateur de froid 5 à l'évapora- teur, le gaz liquéfié étant dans ce cas déjà réchauffé essentiellement dans l'accumulateur de froid et y abandonnant son froid, et d'un autre côté étant con- duit directement du réservoir d'accumulation à l'éva- porateur, la vaporisation et le réchauffement se pro- duisant ensuite exclusivement dans l'évaporateur 5. Après l'évaporateur 5, le milieu maintenant réchauffé pénètre pour son utilisation, par exemple, dans un système d'obtention d'un milieu inerte 6. A l'aide d'un réservoir d'accumulateur de gaz 7 pour la jonc- tion de ce dernier système avec l'évaporateur, on a une possibilité de fournir une accumulation intermé- diaire de milieu gazeux. L'accumulateur de froid 3 dans lequel se trouve déjà un milieu de réfrigération froid est relié d'un autre côté à un bloc de purification de gaz d'é- chappement 12 dans lequel on purifie de l'air sortant par exemple par condensation au moyen d'un échange in- direct avec le milieu froid qui est mis en circulation par des canalisations de liaison 10 entre l'accumula- teur de froid 3 et le bloc de purification 6. Lors de la demande simultanée en froid et en gaz inerte, il se produit un refroidissement de l'ac-- cumulateur de froid 3 par le gaz liquéfié qui y est introduit en permanence, ce qui l'évapore et ensuite pénètre pour son utilisation dans le système à rendre inerte. Si la demande en froid est plus faible que celle qui peut être délivrée par le gaz inerte néces- saire, on peut déclencher, à l'aide de la soupape à trois voies 2 d'un bloc de commande 8 et d'un capteur de température 9, une inversion qui conduit le gaz li- quéfié directement du réservoir de l'accumulateur à l'évaporateur par rotation du réservoir de l'accumula- teur de froid. S'il se fait sentir d'abord seulement une demande en gaz inerte ou une demande continue en gaz inerte, le froid du gaz liquéfié peut être utilisé dès le début pour le refroidissement des quantités de mi- lieu réfrigérant, également sans qu'une demande en froid effective soit nécessaire pour un instant ulté- rieur. Dans ce cas, il est possible, de la même maniè- re, à l'aide de la soupape à trois voies 2, du bloc de commande 8 et du capteur de température 9 de réguler une température prédéterminée et de la maintenir de façon précise. La régulation se produit, en outre, de telle sorte, qu'une fois atteinte, la température fixée par l'accumulateur de froid, le bloc de commande opère une inversion de la soupape à trois voies, ce par quoi alors le gaz liquéfié est amené directement à l'évaporateur. Dans cette position de connexion, comme dans les procédés connus, on perd par défaut d'utili- sation le froid contenu dans les gaz liquéfiés. On peut utilisé jusqu'à des températures d'environ -100C des huiles jouant le rôle de caloporteurs à base de silicone. Aussi, parfois, quand aucun gaz interne n'est nécessaire, la demande en froid est satisfaite par introduction de gaz liquéfié dans le serpentin de refroidissement du réservoir d'accumulateur de froid 3. Dans ce but, de la même manière à l'aide du capteur de température 9, du bloc de commande 8 et de la sou- pape à trois voies 2, chaque fois en fonction de la demande en froid, l'arrivée des gaz liquéfiés est ou- verte ou interrompue, le gaz inerte évaporé étant con- duit à la sortie du réservoir d'accumulateur de froid directement grâce à une soupape de dérivation 15 dans l'environnement. Mais, à l'aide du réservoir d'accumu- lateur de gaz 7, on peut aussi réaliser un stockage intermédiaire. Une conception d'une installation selon l'invention est indépendante, en particulier des di- mensions de l'installation, en fonction de la demande en gaz interne et en froid et de l'état de fonctionne- ment rapporté à la demande simultanée et globale. Dans de nombreux cas, avec le procédé de l'invention, on peut obtenir une amélioration essen- tielle de la rentabilité des installations qui néces- site aussi bien le froid que la forme réchauffée des milieux de sortie froids. g REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1') Procédé d'utilisation indépendante du temps du froid dans un milieu se trouvant à l'état re- froidi ainsi que l'utilisation du milieu lui-même à l'état réchauffé, caractérisé en ce qu'on extrait au moins une partie du milieu réfrigéré (1) à utiliser pour le refroidissement d'un accumulateur de froid (3). 2') Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que, pour le stockage du froid, on utili- se un accumulateur de froid (3) contenant un milieu frigorifique. 3') Procédé selon l'une quelconque des re- vendications i ou 2, caractérisé en ce que le milieu réchauffé qui n'a pas été utilisé est stocké de façon intermédiaire. 4') Procédé selon l'une quelconque des re- vendications i à 3, caractérisé en ce que la tempéra- ture de l'accumulateur de froid (3) est mesurée en permanence et que le milieu froid est ensuite extrait pour le refroidissement de l'accumulateur de froid (3) quand sa température dépasse une première valeur sou- haitée, le refroidissement de l'accumulateur de froid étant alors maintenu jusqu'à l'obtention d'un second niveau de température très bas déterminé. ') Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour le stockage du froid, on utilise plusieurs accumulateurs de froid. 6') Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à , comportant un réservoir d'alimentation ou un géné- rateur pour le milieu frigorifique et un système d'u- tilisation comprenant un échangeur de chaleur placé en avant ou un évaporateur, caractérisé en ce que, dans la jonction entre le réservoir d'alimentation (1) ou le générateur et le système d'utilisation (6) de la forme réchauffée du milieu frigorifique, se trouve au moins un accumulateur de froid (3) à travers lequel on peut faire passer le milieu froid pour qu'il y cède son froid et qui peut être connecté ou déconnecté pa- rallèlement à l'accumulateur de froid (3) à l'environ- nement lui-même par une conduite de dérivation (14). 7') Dispositif selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce que, sur l'accumulateur de froid est apporté un capteur de température (9) qui est en liai- son avec un bloc de commande (8) qui, à son tour, est en relation avec une soupape de commande (2) en avant de l'accumulateur de froid, grâce auquel ou grâce à la conduite de dérivation (14), le milieu froid peut être régulé. 8*) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'entre le réservoir d'alimentation ou le générateur pour le mi- lieu frigorifique et le système d'utilisation, sont disposés plusieurs accumulateurs de froid (3) montés en parallèle.