Brevet FR2742851A1 — publié le 19970627

La présente invention est du domaine de la production de la neige artificielle et elle a pour objet un procédé général et des procédés particuliers, ainsi que leurs dispositifs de mise en oeuvre, perfectionnant les procédés et dispositifs existants. On rappelle que la production artificielle de neige est basée sur la congélation de l'eau liquide divisée à la sortie de dispositifs propulseurs dits "canons à neige", la congélation résultant soit en partie de la détente d'air comprimé, soit en partie de l'évaporation par l'air ambiant, lequel dans tous les cas doit avoir une température voisine de 0 C. On distingue ainsi les canons d'une, dits "haute pression (H.P.)", dans lesquels de l'eau sous haute pression est éjectée directionnellement en même temps que mélangée à de l'air lui aussi sous haute pression dont la détente produit le froid, des canons d'un second type, dits "basse pression", dans lesquels de l'eau à pression relativement basse est éjectée dans un flux important d'air propulsé par une turbine, dans ce dernier cas c'est la capacité de l'air propulsé à évaporer et à absorber l'eau éjectée qui produit le refroidissement de cette dernière; il en résulte que le phénomène de congélation sera d'autant plus important, que l'air propulsé sera sec et froid. on trouve aussi des canons d'un troisième type, hybride des précédents, dans lesquels de l'air à relativement basse pression est mélangé à de l'eau, la détente de l'air produisant un mélange d'air et d'eau refroidie contenant des germes de glace. Pour connaître un état récent de ces techniques on pourra se reporter aux publications suivantes : pour les canons du premier type : FR-2701759 pour ceux du deuxième type : FR-2703264 et pour ceux du troisième type : FR-2651872. Les canons H.P. sont généralement utilisés en partie haute des pistes, ceux du second type plutôt en partie basse; on pratique aussi la fabrication de neige artificielle, au moyen d'un canon B.P. de préférence, dans des sites dits "carrières à neige, en un lieu abrités du réchauffement atmosphérique, orienté au Nord par exemple, qui peuvent même être éloignés des pistes et à partir desquels la neige sera transportée. Cependant quel que soit le mode de production ou d'utilisation de la neige artificielle, sa production reste de façon importante tributaire de l'état thermique et hygrométrique de l'air atmosphérique, de telle sorte que de petites variations (quelques dixièmes de C pour la température ou quelques % de l'hygrométrie) de ces paramètres autour de leur optimum rendront les canons inopérants Le but de la présente invention est de proposer un moyen général, applicable aussi bien à l'un qu'à l'autre des types sus visés, et des moyens particuliers pour s'affranchir des effets des petites variations climatiques sus visées et élargir la plage opérative des canons vis à vis des paramètres concernés, tout en favorisant la formation de germes de cristaux de glace (cristallogénèse) propre à obtenir la formation d'une neige artificielle plus fine. Le moyen, ou procédé, général comprend les opérations consistant à transférer la chaleur latente d'évaporation de l'azote liquéfié à l'air utilisé dans un canon à neige et à ajouter l'azote gazeux résultant de l'évaporation comme supplément de gaz sec susceptible d'absorber la vapeur d'eau; suivant un premier mode de mise en oeuvre du procédé, ces deux opérations, de transfert et d'ajout, peuvent être effectuées soit de façon directe et immédiate en injectant directement l'azote liquide dans l'air utilisé, soit de façon indirecte en refroidissant, à travers une paroi échangeuse et grâce à l'évaporation de l'azote liquide, l'air utilisé, puis en injectant l'azote gazeux produit (gaz sec), dans le mélange air/eau à la sorti du canon, grâce à quoi est produit le double effet de cristallogénèse et de palliation d'éventuelles conditions climatiques néfastes, grâce à quoi est finalement atteint le but de l'invention. Suivant un premier mode, ces deux opérations, de transfert et d'ajout, sont mises en oeuvre de façon directe et immédiate en injectant directement l'azote liquide dans l'air utilisé. suivant un second mode, ces deux opérations, de transfert et d'ajout, sont mises en oeuvre de façon indirecte et différée suivant deux stades consistant à d'abord échanger dans un échangeur la chaleur latente d'évaporation de l'azote liquide contre la chaleur de l'air comprimé, puis à injecter l'azote évaporé dans l'air utilisé lors de son entrée en contact avec l'eau divisée. Suivant une première variante du premier mode, correspondant au cas ou la congélation de l'eau divisée résulte de son évaporation par de l'air propulsé, l'injection d'azote liquide est effectuée dans l'air propulsé, en aval du propulseur après que l'air propulsé ait été mis en contact avec l'eau divisée. Suivant une deuxième variante correspondant au cas ou la congélation résulte de l'évaporation de l'eau par de l'air propulsé, l'injection d'azote liquide est effectuée dans l'air propulsé, en amont du propulseur avant que l'air propulsé n'ait été mis en contact avec l'eau divisée. Suivant une troisième variante correspondant au cas ou la congélation résulte de l'évaporation de l'eau par de l'air propulsé, l'injection d'azote liquide est effectuée dans l'air propulsé, d'une part en amont du propulseur avant que l'air propulsé n' ait été mis en contact avec l'eau divisée, et d'autre part en aval du propulseur après que l'air propulsé ait été mis en contact avec l'eau divisée. La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, aux descriptions qui vont être faite de dispositifs mettant en oeuvre les diverses variantes de procédé sus visées, en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles - la fig.1 illustre schématiquement un canon à neige B.P. comportant les perfectionnements de l'invention selon une première variante de réalisation, - la fig.2 illustre schématiquement un canon à neige B.P. comportant les perfectionnements de l'invention selon une première variante de réalisation, - la fig.3 illustre schématiquement un canon à neige H.P. comportant les perfectionnements de l'invention selon une première variante de réalisation, et - la fig.4 illustre schématiquement un canon à neige H.P. comportant les perfectionnements de l'invention selon une deuxième variante de réalisation. Sur l'ensemble des figures des canons à neige mettent en oeuvre le procédé général sus défini consistant essentiellement à utiliser la chaleur latente d'évaporation de l'azote liquéfié, mais aussi de tout autre gaz liquéfié ayant des propriétés thermodynamiques équivalentes, pour apporter du froid à l'eau pulvérisée, tout en profitant de la siccité de ce gaz pour, en le mélangeant à l'air comprimé ou propulsé, enlever, par évaporation de l'eau, un suppléments de calories à celle-ci en raison de sa propre chaleur latente d'évaporation. Sur les fig.1 et 2 des canons du type à air propulsé à basse pression sont, de façon conventionnelle constitués d'un tuyère 1, d'un groupe motopropulseur 2, à turbine ou hélice, d'une pluralité de couronnes 3 porteuses de buses d'injection d'eau acheminée par des conduites 4, et accessoirement d'un compresseur d'air 5 débitant dans la couronne aval et destiné à favoriser, par la détente de l'air la formation de germes de cristaux. Sur la fig.1, un canon à neige 10 du type à air propulsé à basse pression, faisant application de la première variante du premier mode de mise en oeuvre du procédé général sus défini, comporte en outre une pluralité de buses d'injection d'azote liquide réparties sur la face intérieure d'une couronne supplémentaire 11 formant conduit en relation avec un réservoir 12 d'azote liquide, la couronne étant disposée autour de l'axe de propulsion, en aval des buses d'injection d'eau. Sur la fig.2, un canon à neige 20, du type à air propulsé à basse pression faisant application d'une deuxième et éventuellement d'une troisième variante du premier mode de mise en oeuvre du procédé général sus défini, comporte en outre une première pluralité de buses d'injection d'azote liquide réparties sur la face intérieure d'une première couronne 21 disposée en aval des couronnes 3 et une seconde pluralité de buses d'injection d'azote liquide réparties sur la face intérieure d'une deuxième couronne 22 disposée en amont de la turbine autour de l'axe de propulsion; l'une et l'autre couronne forment un conduit en relation avec un réservoir 12 d'azote liquide. Sur les fig.3 et 4 des canons du type à air comprimé (H.P.) à haute pression sont, de façon conventionnelle constitués d'un tuyère 6 en forme de lance, en amont de laquelle arrivent à travers deux conduites respectives 7 et 8, et dans laquelle se mélangent, de l'eau sous pression et de l'air comprimé Sur la fig.3, un canon à neige du type à air comprimé (H.P.),faisant application d'une première variante du second mode de mise en oeuvre du procédé général sus défini, comporte, en plus du canon conventionnel, en aval de la sortie d'éjection du mélange, un pluralité de buses réparties sur la face intérieure d'une couronne 31 formant conduit en relation avec un réservoir d'azote liquide 32, et disposée autour de l'axe d'éjection. L'azote liquide injecté dans le mélange, outre le fait qu'il le refroidit brusquement en entraînant la formation d'un grand nombre de cristaux, constitue un apport de gaz sec susceptible d'augmenter le phénomène d'évaporation de l'eau, donc de participer de ce fait aussi à son refroidissement. Sur la fig.4, un canon à neige du type à air comprimé (H.P.) faisant application d'une deuxième variante du premier mode de mise en oeuvre du procédé général sus défini, comporte un échangeur 41 dont un premier compartiment 42 sert de conduit à l'air comprimé avant son arrivée à la buse d'éjection et dont le second compartiment 43, en relation avec un réservoir d'azote liquide 32 sert de conduit et de chambre d'évaporation à l'azote liquide qui, en application de la première variante, est injecté par une pluralité de buses réparties sur la face intérieure d'une couronne 31, ommuniquant avec la dite chambre d'évaporation et disposée autour de l'axe d'éjection en aval de la sortie d'éjection de l'air comprimé; facultativement, une vanne "trois voies" permettant de choisir entre l'utilisation des buses avec l'échangeur et leur utilisation sans l'échangeur. On remarque sur les fig.2 et 3, des applications d'un troisième mode de mise en oeuvre du procédé général, consistant à transférer une partie de la chaleur latente d'évaporation de l'azote liquéfié à l'eau utilisée dans canon à neige et destinée à être trarformée en neige artificielle, ce tranfert étant opéré das un échangeur 51 ou 52 représentés en tirets en raison de leur utilisaton optionnelle grâce à des vannes respectives 53, 54, échangeurs dont l'un des compartiments sert de conduit à l'eau et l'autre à l'azote, l'azote évaporé étant ensuite injecté, en qualité de gaz sec, en direction du mélange air-eau.On notera qu'il s'agit de refroidir l'eau de quelques degrés seulement, au plus une dizaine, en évitant soigneusment sa congélation Bien qu'illustré sur les deux exemples des figures, ce troisième mode peut être cependant appliqué à tout les types de canons sus décrits. Il doit être noté enfin que dans tout ce qui précède on entend par chaleur latente d'évaporation la chaleur prise à une source chaude, dans le cas d'espèce un fluide plus chaud (air, eau) par le gaz liquéfié pour se tranformer en sa forme gazeuse, et que le transfert de la chaleur latente d'évaporation est un tranfert négatif de calories en direction du fluide plus chaud, ou encore un transfert de "frigories" vers celuici. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans l'enneigement des pistes de sports d'hiver. Bien que l'on en ait décrit ou représenté des formes particulière de réalisation ou d'application, il doit être compris que la portée de l'invention n'est pas limitée à ces formes mais qu'elle s'étend à toute forme de mise en oeuvre telle que la règle en est définie plus haut de façon générale. REVENDICATIONS 1.-Procédé de production de neige artificielle, du genre de procédé consistant en la congélation de l'eau divisée en gouttelettes, à la sortie de dispositifs propulseurs dits "canons à neige", la congélation résultant soit en partie de la détente d'air comprimé éjecté, soit en partie de l'évaporation par l'air ambiant à une température voisine de 0oC. caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à à transférer la chaleur latente d'évaporation de l'azote liquéfié à l'air utilisé dans s v un canon à neige et à ajouter l'azote gazeux résultant de l'évaporation comme supplément de gaz sec susceptible d'absorber la vapeur d'eau; 2.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, suivant un premier mode, ces deux opérations, de transfert et d'ajout, sont mises en oeuvre de façon directe et immédiate en injectant directement l'azote liquide dans l'air utilisé; 3.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, suivant un second mode, ces deux opérations, de transfert et d'ajout, sont mises en oeuvre de façon indirecte et différée suivant deux stades consistant à: d'abord échanger dans un échangeur la chaleur latente d'évaporation de l'azote liquide contre la chaleur de l'air comprimé, puis à injecter l'azote évaporé dans l'air utilisé lors de son entrée en contact avec l'eau divisée; 4.-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, suivant une première variante du premier mode, correspondant au cas mu la congélation de l'eau divisée résulte de son évaporation par de l'air propulsé, l'injection d'azote liquide est effectuée dans l'air propulsé, en aval du propulseur après que l'air propulsé ait été mis en contact avec l'eau divisée; 5.-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, suivant une deuxième variante correspondant au cas ou la congélation résulte de l'évaporation de l'eau par de l'air propulsé, l'injection d'azote liquide est effectuée dans l'air propulsé, en amont du propulseur avant que l'air propulsé n'ait été mis en contact avec l'eau divisée; 6.-Procédé selon l'une quelconque des revendication 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que, suivant une troisième variante correspondant au cas ou la congélation résulte de l'évaporation de l'eau par de l'air propulsé, l'injection d'azote liquide est effectuée dans l'air propulsé, d'une part en amont du propulseur avant que l'air propulsé n'ait été mis en contact avec l'eau divisée, et d'autre part en aval du propulseur après que l'air propulsé ait été mis en contact avec l'eau divisée; 7.-Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le canon (10) à neige du type à air propulsé à basse pression comporte une pluralité de buses d'injection d'azote liquide réparties sur la face intérieure d'une couronne (11) disposée autour de l'axe de propulsion, en aval des buses d'injection d'eau; (fig.1) 8.-Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le canon à neige (20) du type à air propulsé à basse pression comporte une première pluralité de buses d'injection d'azote liquide réparties sur la face intérieure d'une première couronne (21) disposée autour de l'axe de propulsion en aval des buses d'injection d'eau, et une seconde pluralité de buses d'injection d'azote liquide réparties sur la face intérieure d'une deuxième couronne (22) disposée en amont de la turbine autour de l'axe de propulsion;; (fig.2) 9.-Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, faisant usage de l'air comprimé, ou encore étant du type à haute pression, le canon comporte en aval de la sortie d'éjection de l'air comprimé, un pluralité de buses réparties sur la face intérieure d'une couronne 31 disposée autour de l'axe d'éjection; (fig.3) 10.-Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, faisant usage de l'air comprimé, ou encore étant du type à haute pression, le canon comporte un échangeur(41) dont un premier compartiment (42) sert de conduit à l'air comprimé avant son arrivée à la buse d'éjection et dont le second compartiment (43) sert de conduit et de chambre d'évaporation à l'azote liquide, et une pluralité de buses d'injection de l'azote évaporé, communiquant avec la dite chambre d'évaporation et réparties sur la face intérieure d'une couronne (31) disposée autour de l'axe d'éjection en aval de la sortie d'éjection de l'air comprimé; (fig.4) 11.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à transférer une partie de la chaleur latente d'évaporation de l'azote liquéfié à l'eau utilisée dans canon à neige et et destinée à être tranformée en neige artificielle, ce tranfert étant opéré dns un échangeur (51,52) dont l'un des compartiments sert de conduit à l'eau et l'autre à l'azote, l'azote évaporé étant ensuite injecté en direction du mélange air-eau.