Brevet FR2785600A1 — publié le 20000512

I La présente invention est du domaine des distributeurs autonomes de boissons en gobelets, tels que distributeurs d'eau froide partir d'une "bonbonne", et elle a pour objet un tel distributeur et plus particulièrement un ensemble re- froidisseur mis en oeuvre dans ce dernier. On comprend par distributeur autonomes des disposi- tifs dans lesquels la boisson est soutirée et distribuée soit par gravité d'une bonbonne ren- versée surplombant un ensemble de réfrigération et de soutirage, soit de toute autre façon à partir d'une réserve, le caractère d'autonomie ne s'appliquant en général qu'à la boisson et non à la source de puissance généralement électrique utilisée pour la réfrigération. Dans l'exposé qui suit on donne un sens équivalent à "eau consommable" et boisson; de plus on emploiera le terme "frigories" dans le sens o apporter des frigories à un milieu, revient à lui retirer des calories, la frigorie ayant la va- leur d'une calorie négative, soit -4,18 Joule, notion parfaitement comprise des hommes de l'art. De même l'expression "en gobelet" ne doit pas être interprétée restrictivement, mais considérée comme servant à différentier le genre de distributeurs de boisson concernés, de ceux dans lesquels la boisson est délivrée dans un conteneur fermé tel que boîte, canette ou bouteille. Généralement des distributeurs du genre concerné, équipent les lieux de travail ou de vie de petites collectivités, et une difficulté à surmonter a consisté à concilier la puissance de réfrigération, donc le coût du dispositif et de son fonctionnement avec la nécessité d'avoir à faire face à des pointes de consommation (temps de pause, de récréation, etc..); il en résulte la nécessité de reconstituer une réserve de froid accumulée pendant les périodes d'absence de consommation, de telle sorte que la puissance de réfrigération corresponde à une puissance moyenne sur la période d'utilisa- tion. Pour résoudre cette difficulté diverses solutions ont été proposées; l'une de ces solutions consiste à soutirer l'eau de la bonbonne dans un conteneur intermédiaire formant réserve, et de refroidir l'eau contenue dans ce conteneur; dans un tel dispositif le froid est produit par une source à effet Peltier présente dans le récipient inter- 3 0 médiaire en formant des "glaçons" en équilibre thermique avec l'eau contenue. Un autre dispositif fonctionnant de manière analogue, a ceci près que le refroidissement est opéré par un serpentin constituant l'évaporateur d'un groupe frigorifique classique.(cf: US4.061.184 (EBCO)) Un premier inconvénient de ces dispositifs réside dans le fait qu'il reste toujours de l'eau stagnante dans le conteneur, laquelle stagnation peut donner lieu à un développement d'algues ou à des micro- organismes, et si une contamina- tion survient dans l'ensemble communiquant bonbonne récipient intermédiaire, cette contamination se perpétuera jusqu'à décontamination du conteneur et changement de la bonbonne, car en raison du volume de la réserve, on ne pourra pas compter sur une chasse par le courant d'eau comme cela se produit dans les distributions en réseau "d'eau de ville". Un autre inconvénient réside dans le fait que la réserve de froid est aussi la réserve d'eau buvable et que l'eau étant en équilibre avec la glace, elle peut être appréciée comme trop froide par les consommateurs. Aussi a-t'on proposé pour surmonter les deux inconvé- nients précités (eau trop froide et risques de contamination) d'utiliser des conteneurs in- termédiaires amovibles et jetables tels que le sont les bouteilles en matière plastique d'eau de table; on pourra se reporter, avoir un exemple d'un tel conteneur en forme de sac à la publication EP O 581 491 Ai (EBAC); cependant outre l'inconvénient d'avoir à initier des personnes à l'échange du conteneur intermédiaire, on peut aussi craindre le défaut, par né- gligence, de l'échange aussi souvent que nécessaire; en outre les dispositifs mettant en oeu- 2 0 vre ces conteneurs intermédiaires ont une réserve d'eau froide limitée, lors des pointes de consommation, à la capacité du conteneur en raison du fait que l'échange thermique, qui a lieu à travers la paroi en matière plastique du conteur, de faible conductivité calorique en dépit de sa surface, est nécessairement lent. Un but de la présente invention est donc de proposer un 2 5 distributeur d'eau froide autonome qui ne soit pas soumis aux inconvénients précités, mais qui au contraire comporte une réserve d'eau froide immédiatement disponible et compara- ble, et même supérieure, à celle du dispositif à effet Peltier précité sans pour autant être assujetti aux risques de contamination et à l'inconvénient d'une eau trop froide, et qui ne soit pas assujetti à l'échange périodique d'un composant tel que le conteneur intermédiaire. L'invention, dans sa plus grande généralité consiste à utiliser, grâce à un dispositif dit "ensemble refroidisseur", un fluide intermédiaire calopor- teur, en équilibre thermique avec sa phase solide, pour transférer les "frigories" depuis la phase solide, dans laquelle elles sont stockées en quantité importante, vers le liquide con- sommable pouvant circuler dans un échangeur à faible contenance compris entre la réserve de boisson et le robinet, ou vanne, de soutirage. Selon la présente invention un ensemble refroidisseur pour dispositif distributeur autonome de boisson fraîche en gobelet à partir d'une réserve de boisson, comprend une chambre d'échange primaire contenant un liquide, dit de trans- fert calorique ou caloporteur, destiné à être en équilibre avec sa phase solide à forte cha- leur latente de fusion, une source de froid d'une température inférieure à la température de solidification du dit liquide, et des moyens pour assurer la coexistence des phases liquide et solide du dit liquide caloporteur, une chambre d'échange secondaire contenant une con- duite de soutirage de faible contenance constituée d'un matériau à forte conductibilité ca- lorique reliant l'orifice de la dite réserve de boisson un orifice de soutirage, la dite cham- bre secondaire étant en communication avec la chambre primaire pour permettre la circu- lation du fluide caloporteur entre elles. Il résulte principalement de cette disposition qu'une quantité importante de frigories peut être stockée dans la chambre d'échange primaire sous forme de chaleur latente de fusion de la dite phase solide, ce qui permet de satisfaire une importante consommation en pointe, et que la vitesse d'écoulement dans la conduite de 2 0 soutirage évite la contamination, ce qui évite d'avoir à décontaminer ou à échanger une ré- serve intermédiaire. De préférence le fluide de transfert calorique, ou calo- porteur, est l'eau; en effet, en raison de la forte chaleur latente de fusion de la glace, de son absence d'agressivité chimique et de son très faible coût, l'eau est un fluide convenant par- 2 5 ticulièrement bien à ce type de refroidisseur. De préférence les dits moyens pour assurer la coexis- tence des phases liquide et solide du dit liquide caloporteur comprennent au moins l'un des deux moyens constitués par un capteur de température destiné à activer ou à arrêter la pro- duction de froid de la dite source de froid et une source de chaleur; 3 0 De préférence encore, la communication entre la chambre d'échange primaire et la dite chambre d'échange secondaire est réalisée par le moyen de conduites dites respectivement de sortie et de retour, la conduite de retour com- portant une pompe de circulation placée sous la dépendance d'un capteur de température situé dans la chambre d'échange secondaire et agissant en thermostat. Il résulte de cette disposition que le liquide présent dans la chambre d'échange secondaire est en permanence à une température propre à don- ner à de l'eau de consommation présente dans la conduite de soutirage une température idéale choisie. Avantageusement la source de chaleur est constituée par un prolongement dans la dite chambre primaire, d'au moins l'une des dites conduites d'amenée et de retour puisant leur chaleur dans l'air ambiant entourant la dite chambre primaire. Suivant une disposition plus particulière, la chambre d'échange secondaire a une faible contenance, environ trois fois plus petite que celle de la chambre d'échange primaire, tandis que la contenance de ladite conduite de soutirage a elle même une contenance environ deux fois plus faible que celle de la chambre d'échange secondaire. Avantageusement les conduites de sortie et de retour sont réalisées en un métal à forte conductibilité thermique tel que le cuivre ou l'acier in- oxydable, tandis que les chambres sont constituées par des cuves calorifugées fermées à 2 0 l'exception du circuit qu'elles forment avec les conduites. Suivant un mode préféré de réalisation la source de froid est constituée par un serpentin formant l'évaporateur d'une groupe frigorifique, de préférence à compression de fluide; on notera cependant qu'en vue d'une autonomie com- plète (absence de source de puissance électrique du réseau) le groupe frigorifique pourrait 2 5 être du type à absorption; la source de froid pourrait encore être constituée par un généra- teur à effet PELTIER, et dans ce cas la petite source de chaleur résulterait d'une inversion périodique du sens du courant avec production de l'effet SEEBECK. La présente invention sera mieux comprise, et des dé- tails en relevant apparaîtront, à la description qui va être faite, à titre d'exemple, d'une forme préférée de réalisation dans laquelle la réserve de boisson est constituée par une bonbonne, en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles: la figure I est illustration simplifiée, en perspective, d'une "fontaine" réfrigérée, qui pourrait dans son apparence extérieure relever de l'art anté- rieur, mais qui relève de l'invention en raison de l'ensemble refroidisseur qu'elle incorpore la figure 2 est un représentation schématique de l'en- semble refroidisseur relevant de l'invention et pouvant équiper une fontaine réfrigérée de la figure précédente, et la figure 3, est une illustration en coupe d'une forme particulière d'exécution des organe caractéristiques de l'ensemble de la figure 2. Sur la fig. 1, une fontaine réfrigérée d'un type courant, se compose d'une armoire I surmontée d'une bonbonne 2 contenant la boisson, générale- ment de l'eau de source; la face antérieure de l'armoire comporte généralement une alvéole de soutirage 3 avec un orifice de soutirage 4 au dessous duquel peut être placé un gobelet 5 jetable, lequel gobelet est généralement extrait d'un magasin 6 à la disposition des con- sommateurs; un bouton de commande 9 permet le soutirage d'une quantité prédéterminée de boisson, au moyen d'une temporisation par exemple. Une telle fontaine fonctionne à partir de la source de puissance électrique du secteur 7. On rappelle aussi que les fontaines du type incorpore aussi un dispositif de percussion de l'embouchure 8 de la bonbonne pré- vue à cet effet, de telle sorte que la mise en place de la bonbonne et l'écoulement de la boisson soient assurés dans les condition d'asepsie requises. Un ensemble refroidisseur relevant de l'invention, tel qu'il va être décrit en relation avec la figure suivante, est applicable à ce type de "fontaine", entre autres types. Sur la fig.2, un ensemble refroidisseur conforme à l'in- vention comprend une première 11 cuve formant chambre d'échange primaire et contenant de l'eau liquide 13 constituant le liquide de transfert calorique, ou caloporteur, en équilibre avec de la glace 14 constituant sa phase solide, un serpentin 12 constituant la source de froid et formant l'évaporateur d'une groupe frigorifique 16, et une seconde cuve 22 formant la chambre d'échange secondaire, les chambres communiquant en circuit fermé par les conduites de sortie 17 et de retour 18, une pompe de circulation étant montée sur la con- duite 18. Bien que cela n'ait pas été représenté dans le schéma, les cuve I 1 et 22 sont calo- rifugées pour minimiser la puissance consommée par le groupe frigorifique. Sensiblement dans l'axe 20 de l'espace cylindrique dé- fini par les spires du serpentin se trouvent des prolongements des conduites respectivement de sortie 17 et de retour 18 ainsi qu'un capteur de température 19 disposé entre l'axe et le serpentin et destiné à commander la marche ou l'arrêt du groupe 16 lorsqu'un seuil infé- rieur de température est franchi. On conçoit que, dés lors que les spires du serpentin auront un température inférieure à 0 C, de la glace va se former sur et autour des spires du ser- pentin, suivant une conformation en manchon, en se rapprochant de l'axe 20, la couche extérieur de la glace étant en équilibre avec la masse d'eau 13, tandis que la partie interne de la glace proche des spires va se refroidir pour être en équilibre thermique avec les spi- res, jusqu'à franchir le seuil inférieur de température, ce qui aura pour effet d'arrêter le groupe et l'effet de refroidissement du serpentin; inversement, par l'effet du réchauffement dû d'une part au retour d'eau par la conduite de retour 18 et d'autre part à la chaleur appor- tée par la conduite 18 elle-même, même en l'absence de circulation, chaleur qui est puisée dans l'air ambiant extérieur à la cuve 11, l'eau de la partie de l'espace cylindrique voisine de l'axe aura une température légèrement supérieure à 0 C. Un transfert analogue de cha- leur s'opère à travers la conduite d'amenée 17. Ainsi grâce au fait que les deux conduites 17 et 18 ont des prolongements respectifs 17' et 18' qui s'étendent dans la cuve 11 au voisi- nage de l'axe 20, l'eau est toujours présente en phase liquide le long de cet axe et une cir- culation peut toujours être établie. 2 0 La conduite départ 17 pénètre dans la cuve 22 formant chambre d'échange secondaire, à une petite distance de son sommet, de manière à laisser subsister un espace 26 rempli d'air; la conduite de retour 18 formant sortie de la cuve à sa base, referme,à travers une pompe de circulation 24, le circuit du liquide caloporteur. La chambre 22 est traversée par une conduite de souti- 2 5 rage en serpentin 25 de faible contenance (environ 0,5 litre) reliant l'orifice 8 de la bon- bonne formant réserve de boisson qui est en charge sur la conduite, à l'orifice de soutirage 4 à travers une vanne, ou robinet, 27 de soutirage sous la dépendance du bouton 9; un go- belet 5 d'une contenance d'environ 0,2 litre, placé au dessous de l'orifice 4 reçoit une dose de boisson. Le fonctionnement de la pompe 24 est placé sous la dépendance d'un capteur de température 28 situé dans la chambre 22, de telle sorte que lorsqu'un seuil prédéterminé mais réglable de température est franchi dans un sens ou dans l'autre la pompe est arrêtée ou mise en marche, par exemple si le seuil st de 4 C, un tempé- rature de l'eau présente dans la cuve 22 autour du serpentin, supérieure à ce seuil aura pour effet d'activer le fonctionnement de la pompe 24, ce qui aura pour effet d'amener dans la cuve 22 par la conduite de départ 17 de l'eau à 0 C de la cuve 1 1l, donc de refroidir l'eau de la cuve 22, jusqu'à ce que sa température redescende au dessous de 4 C, ce qui aura pour effet d'arrêter la pompe. Sur la fig.3, il apparaît notamment que la cuve 22 a une conformation à double paroi en vase DEWAR renversé, le serpentin 25 étant logé dans l'espace interne, en cylindre annulaire, de la cuve compris entre la paroi interne et la paroi extemrne; il résulte de cette disposition que le fluide caloporteur a une vitesse accrue dans cet espace, ce qui favorise l'échange thermique avec le serpentin. Dans l'exemple de la fi- gure, les moyens destinés à assurer la coexistence des phases liquide et solide de l'eau ou autre boisson, ne comprennent que la seule pompe 24. Les autres éléments de la figure ont des numéros de référence identiques à ceux des éléments correspondants de la fig.2. Grâce à un tel dispositif d'échangeur à deux étages et liquide caloporteur intermédiaire en équilibre avec sa phase solide dans le premier étage on peut obtenir une quantité importante de boisson refroidie en un laps de temps court, en n'ayant à échanger que la seule réserve de boisson, bonbonne par exemple, lorsqu'elle est épuisée et sans avoir à craindre un stagnation préjudiciable à la qualité hygiénique de la boisson. Bien que l'on ait décrit des formes particulière et préfé- rées de réalisation et d'exécution, il doit être compris que la portée de l'invention n'est pas limitée à ces formes, mais qu'elle s'étend aux définitions générales qui en sont données 2 5 plus haut et qui ne sont limitées que par le contenu des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif formant ensemble refroidisseur pour distributeur autonome de boisson fraîche en gobelet à partir d'une réserve de boisson, caractérisé: en ce qu'il comprend: une chambre d'échange primaire (11) contenant un li- quide (13), dit de transfert calorique, ou caloporteur, destiné à être en équilibre avec sa phase solide (14) à forte chaleur latente de fusion, une source de froid (12) d'une température inférieure à la température de solidification du dit liquide, et des moyens (17,18 et/ou 19) pour assurer la coexistence des phases liquide et solide du dit liquide caloporteur, une chambre d'échange secondaire (22) contenant une conduite (25) de soutirage reliant l'orifice (8) de la dite réserve de boisson (2) à un ori- fice de soutirage (4), la dite chambre secondaire (22) étant en communication avec la chambre primaire (11), d'o il résulte principalement qu'une quantité impor- tante de frigories peut être stockée dans la chambre d'échange primaire sous forme de chaleur latente de fusion de la dite phase solide, ce qui permet de satisfaire une im- portante consommation en pointe, et que la vitesse élevée d'écoulement dans la conduite de soutirage évite la contamination par stagnation de la boisson, ce qui évité d'avoir à décontaminer ou à échanger une réserve intermédiaire; 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé: en ce que le fluide de transfert calorique, ou calopor- teur, est l'eau; d'o il résulte qu'en raison de la forte chaleur latente de fusion de la glace, de son absence d'agressivité chimique et de son faible coût, l'eau est un fluide convenant particulièrement bien à ce type de refroidisseur; 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé: en ce que les dits moyens pour assurer la coexistence des phases liquide et solide du dit liquide caloporteur comprennent au moins l'un des deux moyens constitués par un capteur de température (19) destiné à activer ou à arrêter la production de froid de la dite source de froid, et une source de chaleur (17' et/ou 18'); 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la communication entre la chambre d'échange primaire et la dite chambre d'échange secondaire est réalisée par le moyen de conduites dites respectivement de sortie (17) et de retour (18), la conduite de retour comportant une pompe de circulation (24) placée sous la dépendance d'un capteur de température (28) situé dans la chambre d'échange secondaire, d'o il résulte que le liquide présent dans la chambre d'échange secondaire est en permanence à une température propre à donner à de l'eau de consommation présente dans la conduite de soutirage une température idéale choi- sie; 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé 2 0 en ce que la dite source de chaleur est constituée par un prolongement dans la dite chambre primaire d'au moins l'une des dites conduites d'ame- née (17) et de retour (18) puisant leur chaleur dans l'air ambiant entourant la dite cham- bre primaire; 2 5 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la chambre d'échange secondaire (22) a une faible contenance, environ trois fois plus petite que celle de la chambre d'échange primaire (11) et en ce que la contenance de ladite conduite de soutirage 3 0 (25) a elle même une contenance environ deux fois plus faible que celle de la chambre d'échange secondaire (22) 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la dite source de froid est constituée par un serpentin (12) formant l'évaporateur d'une groupe frigorifique (16); 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la dite source de froid est constituée par un générateur à effet Peltier. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé: en ce que la dite réserve de boisson est une bonbonne (2) renversée en charge sur la dite conduite de soutirage (25) traversant la dite cham- bre d'échange secondaire (22), et sur la vanne de soutirage (27), et en ce que la contenance de la dite conduite de soutirage est d'environ 0,5 litre tandis que la capacité d'un gobelet (5) est d'environ 0,2 litre.