Brevet FR2674009A1 — publié le 19920918

INSTALLATION DE PRODUCTION D'EAU GLACEE. L'invention concerne une installation de production d'eau glacée, en particulier aux fins de refroidissement, dans le domaine de l'industrie alimentaire, comportant un réservoir, avec une arrivée pour l'eau et un départ pour l'eau glacée, dans lequel sont disposés une plualité de tubes réfrigérants qui peuvent respectivement être alimentés en réfrigérant par l'intermédiaire d'une arrivée et d'un départ, réservoir qui de plus est muni d'au moins un dispositif de production d'un courant de circulation de l'eau qui se trouve dans le réservoir. Des installations du type décrit précédemment sont par exemple employées en brasseries ou en laiteries Elles sont exploitées 1 de façon que, pendant la nuit, avec le courant de nuit bon marché, les tubes réfrigérants sont alimentés en réfrigérant, de sorte qu'il se forme sur leur face extérieure une couche de glace d'environ 3 cm d'épaisseur L'eau qui se trouve dans le réservoir y est maintenue en circulation Dès qu'il s'est formé une couche de glace suffisante, l'arrivée du réfrigérant cese L'eau glacée contenue dans le réservoir, qui présente une température d'environ O , est mise en contact avec les produits à refroidir, par exemple la bière ou le lait, pour les refroidir par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur et elle est ramenée, par pompage, dans le réservoir Du fait que, pendant la journée également on doit disposer d'une puissance de refroidissement suffisante mais que par ailleurs les coûts de l'énergie sont très élevés pendant la journée pour le fonctionnement d'un groupe réfrigérant pour le refroidissement d'importantes quantités de produits, comme cela se présente dans les brasseries ou les laiteries, l'épaisse enveloppe de glace produite pendant la nuit sur les tubes réfrigérants offre maintenant un "réservoir de froid" suffisant pour permettre de refroidir les produits sans mettre en marche le groupe réfrigérant, étant donné que l'eau qui passe en circuit fermé entre le réservoir et le produit fait fondre de façon continue -2 1 les couches de glace et se maintient donc à la température de refroi- dissement nécessaire Mais pour disposer pour l'exploitation de jour d'un "réservoir de froid" suffisant, les réservoirs doivent présenter de très grandes dimensions pour permettre de fabriquer un volume de glace suffisamment important Les installations connues jusqu'ici étaient constituées de grands bassins qui étaient disposés horizontalement et étaient parcourus horizon- talement par l'eau Ces installations sont érigées sur place, l'utilisation de pièces préfabriquées se limitant pratiquement au faisceau des tubes réfrigérants De plus, l'encombrement d'installations de ce type est important. L'invention a donc pour but d'améliorer une installation du type précédemment désigné de façon aussi bien à en simplifier le montage qu'à en réduire l'encombrement. Selon l'invention, on atteint ce but par le fait que le réservoir est orienté sensiblement verticalement et qu'il est formé de plusieurs éléments partiels de réservoir disposés les uns au-dessus des autres et réunis les uns aux autres, par le fait que chaque élément partiel est muni d'au moins un système de tubes réfrigérants avec arrivée et départ correspondants pour le réfrigérant et par le fait que les arrivées du réfrigérant d'une part et les départs du réfrigérant d'autre part des éléments partiels disposés les uns au-dessus des autres sont respectivement reliés à un tube d'arrivée commun et a un tube de départ commun et par le fait qu'un élément partiel formant l'élément du plancher comporte l'arrivée d'eau et le départ de l'eau glacée Une installation conçue de cette façon présente l'avantage que l'encombrement est notablement réduit grâce à l'orientation verticale en forme de colonne, puisque maintenant l'installation peut être érigée selon une orientation verticale au lieu d'une orientation horizontale Un autre avantage de cette disposition réside dans le fait que les différents éléments partiels, c'est-à-dire la paroi du réservoir avec le système de tubes réfrigérants correspondant peuvent être entièrement préfabriqués de sorte qu'il suffit de les -3 réunir les uns aux autres sur le chantier et d'établir les raccordements de tuyauterie correspondants Les différents éléments partiels sont alimentés en réfrigérant parallèlement les uns aux autres, ce qui garantit une répartition régulière du réfrigérant et donc une formation régulière de glace Il y est particulièrement intéressant que les différents éléments partiels du réservoir présentent chacun, dans le plan de réunion, un collet de bordure orienté vers l'extérieur et soient soudés de façon étanche par l'intermédiaire des collets de bordure placés l'un contre l'autre Par rapport à la liaison des différents éléments partiels du réservoir par vissage, cette réalisation présente l'avantage que l'on peut renoncer à la pose intermédiaire de garnitures d'étanchéité qu'il faut monter avec beaucoup de soin Par contre, il est beaucoup plussimple de rapporter un cordon de soudure étanche sur le bord extérieur des deux collets de bordure posés l'un sur l'autre. Dans une exécution avantageuse de l'invention, on prévoit que les différents éléments partiels du réservoir sont de forme cylindrique Cette disposition n'est pas seulement avantageuse du point de vue technique de fabrication mais elle offre également des avantages essentiels du point de vue résistance puisque, dans le cas d'une hauteur de, par exemple, 12 m, il faut compter avec une pression d'eau correspondante sur les parois du réservoir Certes, les éléments partiels de réservoir peuvent être fabriqués en matériau inoxydable Du fait toutefois que, grâce à la division en éléments partiels, ce sont les éléments maniables qui apparaissent, on a également ici la possibilité de fabriquer les éléments partiels en acier ordinaire que l'on peut galvaniser au bain. Dans une autre exécution avantageuse de l'invention, on prévoit que le système de tubes réfrigérants de chacun des éléments partiels est respectivement constitué de plusieurs tubes réfrigérants cintrés à peu près en forme de zigzag, qui sont disposés en plusieurs plans, décalés l'un par rapport à l'autre et qui, par l'intermédiaire respectivement d'un tube -4 1 distributeur disposé dans l'espace intérieur du réservoir, sont respectivement reliés avec l'arrivée du réfrigérant et avec le départ du réfrigérant De ce fait, il est garanti que, malgré la disposition de plusieurs tubes réfrigérants disposés dans des plans les uns au-dessus des autres, tous les plans de tubes réfrigérants sont régulièrement alimentés en réfrigérant, ce qui garantit un dépôt régulier de glace sur les tubes réfrigérants Du fait que les tubes réfrigérants sont disposés, dans les différents plans, décalés les uns par rapport aux autres, rapporté à l'axe, vertical du réservoir, il en résulte que les différents tubes réfrigérants sont régulièrement influencés par la circulation de l'eau. Dans une exécution avantageuse de l'invention, on prévoit que deux systèmes de tubes réfrigérants, de préférence conçus symétriquement, sont chaque fois disposés dans un élément partiel, l'axe de symétrie se trouvant sur un diamètre On simplifie de ce fait la fabrication des différents tubes réfri- gérants en forme de zigzag, en particulier dans le cas des réservoirs de section cylindrique Il est en outre avantageux que les tubes réfrigérants de chacun des systèmes de tubes réfrigérants soient regroupés, sous forme d'un paquet, dans un cadre de maintien De ce fait le montage se simplifie également puisqu'alors les systèmes de tubes réfrigérants peuvent être chacun préfabriqués avec leur cadre de maintien et que l'on peut ensuite les introduire dans l'élément partiel de réservoir formant la paroi extérieure. Dans une autre exécution de l'invention, on prévoit que le plan défini respectivement par un tube réfrigérant isolé soit orienté incliné, de préférence incliné en direction de l'arrivée du réfrigérant Ceci présente l'avantage qu'en cas de défauts sur les tubes réfrigérants, on peut obturer les différents systèmes au moyen de vannes appropriées sur l'arrivée et que, par suite de l'échauffement par l'eau, ces systèmes peuvent se vider d'eux-mêmes par vaporisation. Dans une autre exécution de l'invention, on prévoit que -5 les différentes arrivées du réfrigérant et les différents départs du réfrigérant passent vers l'extérieur à travers des ouvertures qui sont prévues dans la paroi du réservoir et qui sont obturées au moyen d'une garniture d'étanchéité à presse-garniture Cette disposition présente l'avantage que, certes, les traversées pour les arrivées et les départs du réfrigérant sont étanches à l'eau, mais que restent néanmoins possibles des mouvements relatifs entre les conduites tubulaires formant les arrivées et les départs d'une part et la paroi du réservoir traversée d'autre part, par suite des variations de température. Dans une réalisation de l'invention, on prévoit en outre que, dans l'élément de plancher, on prévoit, pour le départ de l'eau glacée, un tube central de prélèvement et, pour l'arrivée de l'eau, un dispositif distributeur présentant une pluralité d'ouvertures de sortie débouchant dans l'espace intérieur du réservoir Il est garanti de ce fait que l'eau, réchauffée lors du processus de refroidissement des produits, c'est-à-dire l'eau de retour, est introduite dans l'espace intérieur du réservoir, en passant par l'arrivée d'eau, selon une distribution la plus régulière possible et qu'elle se mélange donc très rapidement avec l'eau glacée qui se trouve dans l'espace intérieur du réservoir, ce qui garantit donc une fusion régulière de l'enveloppe de glace qui entoure les tubes réfrigérants. Dans une autre réalisation de l'invention, on prévoit que les ouvertures de sortie sont disposées symétriquement par rapport à l'axe de symétrie des différents systèmes de tubes réfrigérants et débouchent dans lazone de la paroi en étant orientées vers le haut Cette disposition présente l'avantage que l'on peut créer dans le réservoir un courant de circulation qui, de façon avantageuse, est orienté de façon que soit créé, dans la zone de la paroi, un courant orienté vers le bas et, dans la zone centrale, un courant orienté vers le haut, de façon que l'eau de retour, réchauffée, parvienne déjà dans le courant 1 orienté vers le haut en se mélangeant avec l'eau froide qui s'écoule du haut vers le bas. Dans une autre réalisation de l'invention,on prévoit quel'élé- ment partiel le plus haut forme un élément de tête qui estmuni d'un couvercle et présente au moins un mécanisme agitateur dont l'agitateur est disposé à une certaine distance au-dessus du plan de répartition inférieur Il est garanti de ce fait que l'agitateur est disposé à une distance suffisante au-dessus du plan le plus élevé des tubes réfrigérants de l'élément partiel situé par-dessous, ce qui permet un déploiement suffisant pour le "jet" produit par l'agitateur et permet d'obtenir déjà dans la zone la plus élevée une répartition suffisante sur toute la section du réservoir Il est intéressant de prévoir deux mécanismes agitateurs, situés en parallèle l'un à côté de l'autre, qui sont disposés de préférence dans la zone de bordure et créent un courant dirigé vers le bas Il est intéressant que l'agitateur soit en forme d'hélice en amont de laquelle est disposé, du côté sous pression, orienté vers le bas, un répartiteur de jet. Dans une autre réalisation intéressante de l'invention, on prévoit en outre que l'élément de tête est obturé de façon étanche et qu'il est relié à une alimentation en gaz de protection Du fait qu'en service l'élément de tête n'est pas complètement rempli d'eau, mais sert en même temps comme espace de compensation du niveau, on a de ce fait la possibilité d'obturer cet espace de façon étanche et d'y créer une atmosphère de gaz de protection, par exemple avec une charge de CO 2, de façon à éviter l'entrée de l'oxygène de l'air dans l'eau glacée. Etant donné que le circuit refroidisseur formé par l'eau glacée forme un circuit fermé, c'est-à-dire que l'eau ne s'évacue pas dans un canal de dérivation, on évite de ce fait l'enrichissement en oxygène de l'air, ce qui réduit l'action corrosive dans les conduites tubulaires de l'ensemble du système de refroidissement. On explique en détail l'invention à l'aide des dessins schématiques d'un exemple de réalisation: 1 la figure 1 est une vue latérale d'une installation de préparation d'eau glacée sans l'enveloppe isolante, la figure 2 est une vue latérale d'un élément de plancher, la figure 3 est une vue de dessus de l'élément de plancher de la figure 2, la figure 4 est une vue latérale d'un élément de tête, la figure 5 est une vue de dessus d'un élément partiel avec systèmes de tubes réfrigérants disposés symétriquement, la figure 6 est une vue latérale de l'élément partiel de la figure 5, partiellement en coupe, la figure 7 représente, à échelle agrandie, le passage d'une arrivée ou d'un départ de réfrigérant à travers la paroi d'un élément partiel. Le réservoir 1, représenté en vue latérale sur la figure 1, d'une installation de production d'eau glacée, est composé d'une pluralité d'éléments partiels 2 de réservoir, étant précisé que l'élément partiel inférieur est formé par un élément de plancher 3 et que l'élément partiel supérieur est formé par un élément de tête 4 Les différents éléments partiels 2, 3 et 4 du réservoir sont munis, dans le plan de réunion respectif, de collets de bordure 5 qui sont orientés vers l'extérieur et sur lesquels les éléments reposent les uns sur les autres Les collets de bordure 5, placés l'un contre l'autre, sont respectivement soudés de façon étanche par un cordon de soudure périphérique. Les différents éléments partiels 2 sont équipés, d'une façon qui reste à décrire en détail ci-dessous de systèmes de tubes réfrigérants pour lesquels sont prévus, dans chaque élément partiel, dans la zone inférieure une arrivée de réfrigérant 6 et dans la zone supérieure un départ de réfrigérant 7 Les différentes arrivées de réfrigérant 6 sont réunies les unes avec les autres en parallèle par l'intermédiaire d'un tube d'arrivée commun 8 et les différents départs de réfrigérant 7 sont réunis en parallèle les uns avec les autres par l'inter- médiaire d'un tube de départ commun 9 Le tube d'arrivée commun 8 et le tube de départ commun 9 sont chacun reliés à un groupe réfrigérant 10 qui n'est représenté ici que schématiquement et forment donc un circuit réfrigérant fermé L'espace intérieur du réservoir 1 est rempli d'eau jusque dans la zone de l'élément de tête 4, étant précisé que l'élément de plancher 3 présente une arrivée d'eau 11 et un départ d'eau glacée 12. Par l'intermédiaire de l'arrivée 11 et du départ d'eau glacée 12, le réservoir est relié à une installation 13 de refroi- dissement des produits qui n'est représentée que schématiquement sous forme d'un échangeur de chaleur et à travers laquelle l'eau glacée peut, au moyen d'une pompe 14, être pompée en circuit de recyclage en passant par le réservoir 1 Les différents éléments partiels 2 du réservoir sont munis de regards 15 que l'on peut atteindre au moyen d'une échelle 16 de sorte qu'en service on peut contrôler optiquement de l'extérieur la formation de glace sur les tubes réfrigérants des différents systèmes de tubes réfrigérants Par ailleurs, le réservoir 1 est équipé d'une enveloppe isolante de sorte qu'il peut être installé dans la cour, à l'extérieur des bâtiments, à côté des habituels silos et réservoirs verticaux. La figure 2 représente en vue latérale l'élément de plancher 3 qui est fixé à une fondation par des moyens de fixation non représentés ici en détail L'élément de plancher 3 est muni d'un plancher 18 incliné en direction d'un tube d'évacuation 17 de sorte que l'eau peut être entièrement évacuée hors du réservoir aux fins d'inspection et de nettoyage Immédiatement au-dessus du plancher est disposé un tube central de prélèvement qui est orienté vers l'extérieur et qui, dans l'espace intérieur, comme le montre la vue de dessus de la figure 3, se termine dans un élément d'aspiration 20 agencé en forme de T, à peu près dans la zone de l'axe du réservoir Le tube central de prélèvement forme la sortie d'eau glacée 12 conduisant à l'extérieur. A une certaine distance au-dessus est disposé, sur l'arrivée d'eau 11 qui conduit vers l'intérieur et qui est -9 1 orientée parallèlement au tube central de prélèvement, un dispositif distributeur 21 qui, comme le montre la vue de dessus de la figure 3, envoie, par ltintermédiaire d'un tube distri- buteur 22, l'eau, réchauffée et revenant de l'échangeur de chaleur 13, dans un tube annulaire 23 qui, sur au moins deux côtés opposés, présente une pluralité d'ouvertures de sortie 24 orientées vers le haut. L'élément de tête 4, représenté sur la figure 4, présente également un élément partiel de réservoir qui est muni de collets de bordure 5 et qui est obturé vers le haut par un couvercle 25 Dans l'espace intérieur est disposée une traverse 26 qui porte l'agitateur 27 d'un mécanisme agitateur de type habituel En amont de l'agitateur, en forme d'hélice, est disposé, du côté sous pression, situé vers le bas, un répartiteur de jet 28 de façon que le "jet" produit par l'agitateur puisse largement s'expanser du côté de la sortie L'agitateur est entraîné de l'extérieur respectivement par un moteur électrique 29. La figure 5 représente un élément partiel 2 en vue de dessus L'élément partiel 2 est équipé de deux systèmes réfri- gérants 30 qui sont constitués d'une pluralité de tubes réfri- gérants 31, en forme de zigzag, qui sont disposés dans plusieurs plans et qui, par rapport à l'axe vertical, sont orientés décalés les uns par rapport aux autres Dans l'exemple de réalisation représenté, les deux systèmes de tube réfrigérants sont symétriques par rapport à l'axe diamétral 32, étant préciséque, pour chaque système de tubes réfrigérants 30, une arrivée de réfrigérant 6 conduit vers l'extérieur et qu'elle est reliée au tube commun 8 d'arrivée du réfrigérant Du côté intérieur, les deux arrivées 6 de réfrigérant sont, chacune, reliées à un tube distributeur central 33 qui est orienté verticalement, qui ne s'étend que sur la hauteur d'un élément partiel 2 et duquel dérivent les différents tubes réfrigérants formant un plan de tubes réfrigérants. De leur côté, les départs 7 des tubes réfrigérants sont -10 1 réunis a un tube collecteur 34 qui est situé à l'intérieur en correspondance avec le tube distributeur 33 et dans lequel débouchent, côté sortie, les différents tubes réfrigérants 31. Les tubes réfrigérants 31 de chacun des systèmes de tubesréfri- gérants 30 sont maintenus dans un cadre de maintien spécial qui, dans la zone de l'axe de symétrie 32, forme, en direction verticale, une paroi séparatrice dans l'espace intérieur du réservoir De ce fait est garanti, dans la zone centrale, un courant de circulation défini, respectivement limité à une moitié de réservoir. Dans la paroi extérieure, dans chaque élément partiel 2 et pour chaque moitié de système est disposé un regard 15 - La vue latérale de l'élément partiel de réservoir 2 de la figure 6 est ouverte du côté gauche et permet de voir le tube distributeur 33 qui est situé contre la paroi arrière et duquel dérive chaque fois le tube réfrigérant 31, cintré en forme de zigzag ou de méandre, de chaque plan Cette vue permet de constater que, partant dutube distributeur 33, les différents plans de tubes réfrigérants vont en montant en direction du tube collecteur 34. La figure 7 représente, à échelle agrandie, le passage d'une arrivée de réfrigérant 6 ou d'un départ de réfrigérant 7 à travers la paroi d'un élément partiel de réservoir 2 La paroi du réservoir présente ici une ouverture de passage 36 à travers laquelle l'arrivée de réfrigérant 6 ou de départ de réfrigérant 7 passe à une certaine distance de la paroi de l'ouverture 36 Du côté extérieur est prévu un presse-garniture 37 de type habituel, permettant une reprise de réglage, qui, par l'intermédiaire de son élément presseur 38, appuie la garniture 39 de façon étanche contre la surface extérieure de l'arrivée de réfrigérant 6 ou du départ de réfrigérant 7, de sorte que l'ouverture 36 est reliée, avec étanchéité à l'eau, tout en permettant un mouvement relatif entre la paroi du réservoir et l'arrivée 6 ou le départ 7 du réfrigérant, qui traverse cette paroi, du fait des différences de température. REVENDICATIONS 1 Installation de production d'eau glacée, en particulier aux fins de refroidissement, dans le domaine de l'industrie alimentaire, comportant un réservoir, avec une arrivée pour l'eau et un départ pour l'eau glacée, dans lequel sont disposés une pluralité de tubes réfrigérants qui peuvent respectivement être alimentés en réfrigérant par l'intermédiaire d'une arrivée et d'un départ, réservoir qui de plus est muni d'au moins un dispositif de production d'un courant de circulation de l'eau qui se trouve dans le réservoir, installation caractérisée par le fait que le réservoir ( 1) est orienté sensiblement verti- calement et qu'il est formé de plusieurs éléments partiels ( 2) de réservoir disposés les uns au-dessus des autres et réunis les uns aux autres, par le fait que chaque élément partiel ( 2) est muni d'au moins un système de tubes réfrigérants ( 30) avec arrivée ( 6) et départ ( 7) correspondants pour le réfrigérant et par le fait que les arrivées ( 6) du réfrigérant d'une part et les départs ( 7) du réfrigérant d'autre part des éléments partiels ( 2) disposés les uns au-dessus des autres sont respec- tivement reliés à un tube d'arrivée commun ( 8) et à un tube de départ commun ( 9) et par le fait qu'un élément partiel formant l'élément de plancher ( 3) comporte l'arrivée d'eau ( 11) et le départ ( 12) de l'eau glacée. 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les différents éléments partiels ( 2) du réservoir présentent chacun, dans le plan de réunion, un collet de bordure ( 5) orienté vers l'extérieur et sont soudés de façon étanche par l'intermédiaire des collets de bordure placés l'un contre l'autre. 3 Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que les différents éléments partiels ( 2) du réservoir sont de forme cylindrique. 4 Installation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée par le fait que le système de tubes réfrigérants ( 30) de chacun des éléments partiels ( 2) est respectivement -12 1 constitué de plusieurs tubes réfrigérants ( 31) a peu près en forme de zigzag, qui sont disposés en plusieurs plans, décalés l'un par rapport à l'autre et qui, par l'intermédiaire respecti- vement d'un tube distributeur ( 33) disposé dans l'espace intérieur du réservoir, sont respectivement reliés avec l'arrivée ( 6) du réfrigérant, avec le départ ( 7) du réfrigérant et avec le tube collecteur ( 34). Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que deux systèmes de tubes réfrigérants ( 30), de préférence conçus symétriquement, sont chaque fois disposés dans un élément partiel ( 2), l'axe de symétrie se trouvant sur un diamètre ( 32). 6 Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que les tubes réfrigérants ( 31) de chacun des systèmes de tubes réfrigérants ( 30) sont regroupés, sous forme d'un paquet, dans un cadre de maintien ( 35). 7 Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que le plan défini respectivement par un tube réfrigérant isolé ( 31) est orienté incliné, de préférence incliné en direction de l'arrivée ( 6) du réfrigérant. 8 Installation selon l'une des revendications 1 a 7, caractérisée par le fait que les différentes arrivées ( 6) du réfrigérant et les différents départs ( 7) du réfrigérant passent vers l'extérieur à travers des ouvertures ( 36) qui sont prévues dans la paroi du réservoir et qui sont obturées au moyen d'une garniture d'étanchéité ( 37) à presse-garniture. 9 Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que, dans l'élément de plancher ( 3) est prévu, pour le départ de l'eau glacée ( 12) et pour l'arrivée d'eau ( 11), un dispositif distributeur ( 21) muni d'une pluralité d'ouvertures de sortie ( 24) débouchant dans l'espace intérieur du réservoir. Installation selon la revendication 9, caractérisée par le fait que les ouvertures de sortie ( 24) sont disposées symétriquement par rapport à l'axe de symétrie ( 32) des 1 différents sytèmes de tubes réfrigérants ( 30) et débouchent dans la zone de la paroi en étant orientées vers le haut. 11 Installation selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que l'élément partiel le plus haut forme un élément de tête ( 4) qui est muni d'un couvercle ( 25) et présente au moins un mécanisme agitateur dont l'agitateur ( 27) est disposé à une certaine distance au-dessus du plan de répartition inférieur. 12 Installation selon la revendication 11, caractérisée par le fait qu'en amont de l'agitateur ( 27) conçu sous forme d'hélice est disposé, du côté sous pression, orienté vers le bas, un répartiteur de jet ( 28). 13 Installation selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée par le fait que l'élément de tête ( 4) est obturé de façon étanche et qu'il est relié à une alimentation en gaz de protection.