Brevet FR2654500A1 — publié le 19910517

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de transfert de froid dans une pluralité d'enceintes à refroidir. La présente invention sera décrite et expliquée par référence au domaine de la vinification, et plus précisément du contrôle thermique des cuves de fermentation Mais il doit être entendu que l'invention ne saurait être limitée à ce domaine, en raison de l'existence d'autres appli- cations de la présente invention. Dans le domaine précité, et pour une exploitation vinicole, telle qu'une cave coopérative, disposant d'une pluralité de cuves de fermentation (enceintes ou récipients selon la généralisation de la présente invention) , on connaît déjà un dispositif ou installation de transfert de froid compre- nant: un circuit intermédiaire de circulation d'un fluide frigo-porteur, tel que de l'eau glycolée un échangeur de chaleur primaire entre le fluide frigo-porteur et un fluide frigorigène, tel qu'un hydrocarbure fluoré en cours d'évaporation, circulant dans une boucle frigorifique traditionnelle un circuit de dérivation associé à chaque cuve, comprenant un échangeur de chaleur secondaire, par exemple un échangeur plan disposé au sein ou flottant sur la surface du contenu de la cuve; l'entrée et la sortie de cet échangeur communiquent respectivement avec deux piquages, l'un de dérivation et l'autre de restitution, sur le circuit intermédiaire. En fonctionnement, on établit dans le circuit intermédiaire, une boucle de circulation du fluide frigo-porteur, et ce dernier est refroidi dans l'échangeur primaire par échange de chaleur avec le fluide frigorigène de la boucle frigorifique Grâce au circuit de dérivation associé à chaque cuve, on dérive de la boucle intermédiaire un courant partiel du fluide frigo-porteur, on refroidit le milieu contenu dans la cuve, c'est-à-dire la charge en fermentation, par échange de chaleur dans l'échangeur secon- daire disposé dans ladite cuve, avec le courant dérivé, et enfin on renvoie le courant réchauffé dans la boucle intermédiaire. On peut ainsi contrôler ou maîtriser la température de travail dans chaque cuve de fermentation, la chaleur de fermentation étant éva- cuée de chaque cuve vers l'extérieur, par le fluide frigo-porteur, puis par le fluide frigorigène. Un tel système de transfert présente toutefois les inconvénients suivants: Tout d'abord, la prestation frigorifique du fluide frigo-porteur demeure limitée, pour un débit donné circulant dans le circuit intermédiaire. Ceci implique que toute augmentation substantielle de la puissance frigo- rifique évacuée des cuves, à débit égal, passe par un dimensionnement beaucoup plus important de l'installation ou du dispositif de transfert de froid. Ensuite, la température du fluide frigo-porteur, au niveau d'un piquage donné vers un circuit de dérivation, est dépendante des apports thermiques des autres cuves, toutes choses égales par ailleurs Ceci signifie que la température d'entrée dans chaque dérivation de la boucle intermé- diaire est variable dans le temps, et d'une cuve à une autre En consé- quence, la température du fluide frigo-porteur à la sortie de chaque échan- geur intermédiaire, évolue non seulement en fonction du processus thermique local de la cuve, mais également en fonction des variations de la tempéra- ture et de débit dans les autres échangeurs Cette température de sortie ne permet donc pas de suivre les phénomènes bactériologiques ou biochi- miques se développant au sein de chaque cuve, et de piloter l'apport de frigories en fonction de l'évolution de ces mêmes phénomènes. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. L'invention a pour objet un système de transfert de froid, permettant tout à la fois d'augmenter de manière importante la prestation frigorifique du fluide frigo-porteur, et de maintenir sensiblement constante la tempé- rature de travail de ce dernier. Sous son aspect procédé, et selon l'invention, le fluide frigo-porteur comporte deux phases d'un même corps, par exemple de l'eau en équilibre de fusion, les deux phases étant mélangées l'une à l'autre de manière homogène, pour être transportées ensemble sous cette forme dans le circuit intermédiaire. Préférentiellement, le fluide frigo-porteur comporte de la glace sous forme pâteuse, en équilibre de fusion dans de l'eau Etant donné que la glace flotte au-dessus de l'eau, on établit un régime turbulent dans le fluide frigo-porteur, pour maintenir sa forme pâteuse, avec dissolution de la glace. Sous son aspect dispositif ou installation, et selon l'invention, l'entrée de chaque circuit de dérivation est pourvue d'un dispositif assurant un prélèvement ou piquage uniquement en phase liquide du fluide frigo- porteur, par exemple à partir de la partie basse du circuit de circulation intermédiaire de ce dernier. Grâce à l'invention, le fluide frigo-porteur est réchauffé par cession dans chaque échangeur secondaire, non seulement directement de son froid sensible, mais également indirectement de son froid ou châleur latente de fusion, par retour dans le circuit intermédiaire du fluide frigo- porteur réchauffé dans un circuit de dérivation, et fonte correspondante de la glace dans le circuit intermédiaire, sous l'effet de cet apport local de chaleur Toutes choses égales par ailleurs, on augmente ainsi substantiel- lement la puissance frigorifique apportée par l'unité de débit du fluide frigo-porteur. Le fluide frigo-porteur étant en équilibre de phases, sa tempéra- ture demeure sensiblement constante, y compris à l'entrée de chaque circuit de dérivation En conséquence, la température de sortie du même circuit traduit effectivement la seule évolution thermique du processus en cours au sein de la cuve correspondante Et cette température de sortie peut servir au pilotage ou contrôle du débit du fluide frigo-porteur dans le circuit de dérivation, et donc suivre les besoins frigorifiques de la cuve. Par "boucle de circulation intermédiaire", comme par "circuit intermédiaire de circulation", on entend aussi bien un circuit fermé entre la sortie et l'entrée de l'échangeur primaire, sur lequel, pour un même circuit de dérivation, sont piquées successivement l'entrée et la sortie de ce dernier, qu'un circuit en deux branches, l'une de distribution à partir de la sortie de l'échangeur primaire, et l'autre de collecte vers l'entrée du même échangeur, chaque circuit de dérivation étant connecté entre la branche de distribution et la branche de collecte. La présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente un dispositif ou installation de transfert de froid selon l'invention, dans le cadre d'une exploitation vinicole comportant une pluralité de cuves de fermentation d'une vendange la figure 2 représente, à échelle agrandie, une vue en coupe du piquage d'un circuit de dérivation sur le circuit intermé- diaire du fluide frigo-porteur la figure 3 représente, à échelle agrandie, une vue en coupe de l'arrivée du fluide frigo-porteur dans le circuit intermé- diaire, à partir du même circuit de dérivation Conformément à la figure 1, une installation de transfert de froid selon l'invention permet de refroidir une pluralité de cuves (la) à (lg), disposées au même endroit, et renfermant pour tout ou partie d'entre elles une charge de raisins ou vendange en fermentation Les cuves ( 1 c) et (lg) ont été représentées de manière détaillée sur la figure 1. Un circuit ( 2) intermédiaire permet de circuler un fluide frigo- porteur, à savoir de l'eau di-phasique en équilibre de fusion, ces deux phases étant mélangées l'une à l'autre de manière homogène, par exemple sous forme d'une pâte ou "sorbet", dans lequel la glace flotte de façon naturelle dans l'eau Ce circuit présente la forme d'une boucle fermée, dont la sortie ( 3 a) communique avec l'aspiration d'une pompe ( 4), et dont l'entrée ( 3 b) communique, par l'intermédiaire de toute la boucle ( 2), avec le refoulement de la même pompe ( 4) De manière traditionnelle, le circuit intermédiaire ( 2) est équipé d'un vase d'expansion ( 5) et d'une vanne de remplissage ( 6), pourvue à sa sortie d'un dispositif antitartre et d'un filtre. Le circuit intermédiaire ( 2) intègre un réservoir ( 50) isolé thermi- quement de génération et stockage de l'eau di-phasique en équilibre de fusion Ce réservoir ou silo communique par un conduit d'entrée ( 51) équipé d'une vis sans fin ( 52) d'apport de pâte ou "sorbet", avec l'aspiration de la pompe ( 4); ce récipient communique par un conduit de sortie ( 53), avec un piquage uniquement en phase liquide sur le circuit intermédiaire ( 2) Des moyens internes (non représentés) de mise en turbulence de l'eau et de la glace sont associés au récipient ( 50) Une dérivation ( 54) prélève l'eau en phase liquide au pied du récipient ( 50) , et renvoie un mélange de glace et d'eau, en tête du récipient ( 50) A cette dérivation est associé un échangeur de châleur primaire ( 3), à surface raclée, dans laquelle circule un fluide ( 21) frigorigène, appartenant à un groupe frigorifique. Comme montré pour les cuves (lc) et (lg), chaque circuit de dérivation, par exemple ( 7 c), associé à une cuve, par exemple ( 1 c), com- prend pour l'essentiel un échangeur de chaleur ( 8), secondaire, disposé dans la cuve, soit au sein de la charge en cours de fermentation, soit à sa surface L'entrée ( 9) de l'échangeur ( 8) communique avec le circuit intermédiaire ( 2), grâce à un piquage contrôlé par une vanne ( 10), et une pompe ( 11) La sortie ( 13) du même échangeur communique avec le circuit intermédiaire ( 2), sous la forme d'un piquage retour contrôlé par une vanne ( 12) Comme représenté à la figure 2, l'entrée ( 9) de chaque circuit ( 7 c) de dérivation est pourvue d'un dispositif, par exemple une grille ( 14), assurant un prélèvement uniquement en phase liquide du fluide frigo-porteur ( 15), représenté aux figures 2 et 3 sous la forme d'un mélange d'eau et de glace. Conformément à la figure 3, l'extrémité aval ( 13 a) de chaque conduit de sortie ( 13) d'un circuit ( 7) de dérivation débouche dans la partie haute du circuit intermédiaire ( 2) de circulation, de telle sorte que le retour d'eau relativement chaude se fasse directement dans la glace du mélange diphasique. Par ailleurs, comme montré aux cuves (lc) et (lg), un système de contrôle, par exemple ( 20 c) est associé à chaque cuve, et comprend un détecteur de température (non représenté), disposé sur l'échangeur de chaleur ( 8), par exemple à sa sortie, un organe de réglage du débit circulant dans le circuit de dérivation, par exemple ( 7 c), et un moyen automatique de commande du même débit en fonction de la température détectée sur l'échangeur ( 8) Le système de contrôle ( 20) peut agir ou sur la pompe ( 11), ou sur l'une ou l'autre des vannes de contrôle ( 10) et ( 12) Grâce à l'installation précédemment décrite, on peut transférer du froid dans les différentes cuves (la) à ( 1 h) à refroidir, selon le processus suivant: on établit dans le circuit ( 2) une boucle de circu- lation intermédiaire du fluide frigo-porteur, sous forme di-phasique comme dit précédemment ce fluide est refroidi, et donc maintenu en pema- nence sous forme di-phasique, avec production de glace par échange de chaleur avec le fluide frigorigène ( 21) circulant dans l'échangeur ( 3) au niveau de chaque cuve ( 1), dans le circuit de dérivation ( 7) correspondant, on dérive un courant du fluide frigo-porteur, on refroidit la charge dans la cuve ( 1) par échange de chaleur dans l'échan- geur ( 8), avec le courant dérivé du fluide frigo-porteur, et enfin on renvoie le courant réchauffé dans la boucle intermédiaire ( 2). Comme le montre la figure 2, le courant circulant dans chaque dérivation ( 7) associée à chaque cuve ( 1) est prélevé sur la phase liquide du fluide frigo-porteur ( 15), c'est-à-dire du mélange eau-glace en sorbet. Et grâce au système de contrôle ( 20) associé à chaque cuve ( 1), on commande le débit circulant dans la dérivation ( 7), pour chaque enceinte ou cuve ( 1), en fonction d'un ou plusieurs paramètres mesurés ou détectés. Le premier paramètre mesuré ou détecté est la température du courant dérivé ( 7) réchauffé ou en cours de réchauffage dans l'échangeur ( 8). Un second paramètre peut être la température dans la cuve ( 1) Ces deux paramètres permettent de détecter à tout moment la quantité de châleur dégagée dans la cuve, pendant la phase de fermentation Par analyse de la pente de l'évolution de l'une quelconque de ces températures, on peut aussi détecter le réel besoin de froid de la cuve, et anticiper ou moduler l'apport frigorifique à cette dernière. La présente invention peut être appliquée en dehors du domaine de la vinification, par exemple peut être exploitée en climatisation ou pour des entrepôts frigorifiques. REVENDICATIONS 1 Procédé de transfert de froid dans une pluralité d'enceintes ( 1) à refroidir, selon lequel on établit une boucle ( 2) de circulation inter- médiaire d'un fluide frigo-porteur ( 15), lequel est refroidi par échange ( 3) de chaleur avec un fluide frigorigène ( 21), et selon lequel à chaque enceinte à refroidir est associée une dérivation ( 7), selon laquelle on dérive ( 9) un courant du fluide frigo-porteur, on refroidit le milieu à refroidir dans l'enceinte ( 1) par échange ( 8) de chaleur avec le courant dérivé, et on renvoie ( 13) le courant réchauffé dans la boucle, caractérisé en ce que le fluide frigo-porteur ( 15) comporte deux phases d'un même corps en équilibre de fusion, mélangées l'une à l'autre de manière homogène, pour être transportées ensemble sous cette forme dans la boucle de circula- tion intermédiaire. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide frigoporteur comporte de la glace sous forme pâteuse, en équilibre de fusion avec de l'eau. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant circulant dans la dérivation ( 7) associée à chaque enceinte ( 1) à refroidir est prélevé sur la phase liquide du fluide frigo-porteur ( 15) . 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque enceinte ( 1), on détecte la température du courant dérivé ( 7) réchauffé, et on commande le débit circulant dans la dérivation associée à chaque enceinte ( 1), en fonction de la température détectée. Dispositif de transfert de froid dans une pluralité de récipients ( 1) à refroidir, comprenant un circuit ( 2) de circulation intermédiaire d'un fluide ( 15) frigo-porteur, un échangeur ( 3) de chaleur primaire entre le fluide frigo-porteur et un fluide frigorigène ( 21), un circuit de dérivation ( 7) associé à chaque récipient, comprenant un échangeur de chaleur ( 8) secondaire disposé dans chaque récipient, dont l'entrée ( 9) et la sortie ( 13) communiquent avec le circuit de circulation intermédiaire, caractérisé en ce que l'entrée ( 9) de chaque circuit de dérivation ( 7) est pourvue d'un dispositif ( 14) assurant un prélèvement uniquement en phase liquide du fluide frigo-porteur. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité aval ( 13 a) du conduit de sortie ( 13) de chaque circuit de dériva- tion ( 7) de bouche dans la partie haute du circuit intermédiaire ( 2) de circulation. 7 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un système de contrôle ( 20) est associé à chaque récipient ( 1), et comprend un détecteur de température sur l'échangeur de chaleur ( 8) correspondant, et/ou dans le récipient, un organe de réglage du débit circulant dans le circuit de dérivation ( 7) correspondant au récipient ( 1), et un moyen de commande du débit en fonction de la température détectée. 8 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit intermédiaire ( 2) intègre un réservoir ( 50) de génération et stockage de l'eau diphasique en équilibre de fusion, ledit réservoir étant associé à l'échangeur ( 3) de châleur primaire entre le fluide frigo-porteur et le fluide frigorigène.