Brevet FR2815701A1 — publié le 20020426

La présente invention concerne un dispositif permettant après captage sur un support cryogène, l'extraction d'un élément congelable, partie d'un corps composé fluide, convoité pour lui-même ou l'en exclure pour les inconvénients qu'il y occasionne. A titre non limité d'exemples citons : 10 - l'eau douce que l'on recherche pour elle-même, pour l'alimentation ou autres usages et que l'on désire extraire de l'eau salée de la mer. 20 - l'eau en excès dans le vin, qui en limite sa puissance alcoolique et par-là, atténue sa qualité à la dégustation, que l'on veut extraire de ce vin, sans intérêt appréciable pour elle-même, mais qui au détriment du volume de vin, augmentera son titre alcoolique et sa qualité gustative. 30 - l'eau contenue dans l'air humide qui se dessèche dans les congélateurs ménagers formant de la glace sur leurs parois intérieures et qu'il y a lieu de dégivrer. Le grand froid que connaissent l'hiver les zones polaires de la terre, produit à la surface des mers s'y trouvant, une glaciation de l'eau douce, la séparant par ce phénomène de l'eau salée dont elle était un composant. Ceci est un effet naturel parfaitement connu, mais qui s'il était nécessaire d'en démontrer le résultat, se ferait par décongélation de cette glace qui se reconvertirait en eau douce. Le besoin d'eau douce qui se fait sentir dans des régions ne subissant pas les effets de glaciation des zones polaires, a conduit l'observateur de la glaciation naturelle décrite précédemment, à rechercher le moyen artificiel de reconstituer ce phénomène nature, que l'on utilisera aussi en de nombreux autres identiques besoins. L'appareil et son procédé de fonctionnement ci-après décrits, permet d'extraire par captage sur support cryogène, un élément congelable partie d'un corps composé fluide. Le dispositif de l'invention est illustré en coupe par un dessin annexé et sur lequel : P-représente le plateau sur lequel est fixé l'appareil. A-cuve fixée à gauche sur le plateau. B-cuve fixée à droite sur le plateau. R-robinet de vidange des cuves. C-compresseur de la pompe de chaleur D- (entouré de pointillés) système collecteur-répartiteur dans les circuits, du fluide frigorigène de la pompe de chaleur. E-système détendeur avec clapet anti-retour, contrôlant et orientant le passage du fluide frigorigène en circuits. T et T'-tuyaux avec fléchage de la direction donnée au fluide frigorigène qu'ils contiennent et conduisent dans un sens ou dans l'autre, du compresseur au collecteur- répartiteur. S-serpentin A, serpentin B. Compléments d'information sur A, B, C, D, E, T, S. A et B sont des cuves closes de contenance égale, dotées de niveaux extérieurs, dont les parois sont isothermes dans la mesure du possible, et qui par rapport à la pression atmosphérique peuvent supporter une dépression ou une pression égale au double de la pression atmosphérique. C représente le compresseur de la pompe de chaleur fixé au plateau sur sa partie arrière entre les cuves A et B. (9) représente l'entrée du compresseur, et (10) sa sortie. D représente le collecteur-répartiteur composé d'un tube dont les deux extrémités sont abouchées aux issues hautes des serpentins A et B, et sur lequel sont placées deux vannes électromagnétiques (1) et (2) entre lesquelles le tuyau T est abouché d'une extrémité, et de l'autre avec l'entrée (9) du compresseur afin d'établir avec lui le transit du fluide frigorigène. E représente le système détendeur (6) avec son clapet anti-retour (5) placés sur un tuyau assurant le transit du fluide frigorigène en première opération, des serpentins des cuves A vers B, et en deuxième opération, des serpentins des cuves B vers A par le second tuyau sur lequel sont placés le détendeur (8) et le clapet anti-retour (7). T représente le tuyau conduisant le liquide frigorigène du serpentin évaporateur au compresseur C à l'entrée (9) duquel il est abouché. T'représente le tuyau abouché à la sortie du compresseur (10) qui se prolonge en deux directions possibles à la commande, l'une passant par la vanne électromagnétique (3), l'autre par la vanne électromagnétique (4). S représente les serpentins A et B qui seront selon la commande programmée au collecteur-répartiteur, alternativement évaporateur ou condenseur. Première mise en fonction de l'appareil. L'appareil précédemment présenté est conçu pour extraire par cryogénie un élément congelable partie d'un corps composé fluide. Bon nombre de corps composés pourraient, leur composition s'y prêtant, être utilisés pour les opérations que nous allons suivre, mais un choix devant être fait c'est du vin qui a été retenu à ces fins et qui est contenu dans une cuve de stockage placée à proximité de l'appareil. Chargement de l'appareil : la cuve A doit être remplie de vin puisé dans la cuve de stockage, et couvrir le serpentin A mais laissant un coussin d'air afin de permettre l'extension du volume du vin qu'occasionnera la glace à mesure de sa formation. Le robinet du bas de la cuve B, ouvert, doit être par un tuyau, raccordé à un robinet de service d'eau ouvert, qui après avoir noyé le serpentin B, pour constamment le refroidir, laisse passer un filet d'eau, que le robinet haut de cette cuve, ouvert, évacue après son réchauffement. La charge de l'appareil étant terminée, il y a lieu de commander le fonctionnement de la pompe de chaleur. Les vannes électromagnétiques (2) et (3) restent fermées, alors que celles (1) et (4) sont ouvertes. Le compresseur C est mis en fonctionnement et le fluide frigorigène chaud trouvant son passage par la vanne (4) ouverte, gagne le serpentin S de la cuve B devenant condenseur, où il se refroidit abandonnant à l'eau ambiante ses calories, et il se liquéfie sous l'influence combinée froid-pression. Continuant son parcours obligatoire il se présente au clapet anti-retour (5) fermé qui lui interdit le passage par cette voie, alors que le clapet (7) ouvert, agissant en sens inverse du précédent, lui livre accès au détendeur (8) régulateur du débit de son entrée dans le serpentin S cuve A. Celui-ci devient alors évaporateur-support-capteur sur lequel, sous l'influence de rayonnement du grand froid qui s'y produit, un pain de glace issu du vin, va venir se déposer. En même temps à l'intérieur de l'évaporateur le liquide frigorigène capte les calories de son environnement qui le réchauffent et le gazéifient, puis les entraîne avec lui, après son passage dans la vanne (1) ouverte. Puis par le tuyau T, il gagne l'entrée (9) du compresseur C, qui lui implique son parcours jusqu'à l'arrêt de l'appareil ayant terminé son premier cycle. Les effets escomptés apparaissent lors de la préparation de la deuxième opération après l'évacuation de la cuve A du vin non congelé et la découverte du pain de glace figée sur les parois de l'évaporateur-support-capteur du premier cycle. Deuxième mise en fonction de l'appareil. Libérer la cuve B de l'eau qu'elle contient ; transférer le vin contenu dans la cuve A, dans la cuve B, et compléter sa charge jusqu'à la couverture du serpentin S avec du vin puisé dans la cuve de stockage. Il y a lieu désormais de retenir une première et intéressante constatation : le vin maintenant contenu dans la cuve B, en majeur partie issu de la cuve A de première opération où, il s'est considérablement refroidi par rapport à la température du vin de la cuve de stockage, qui a fait la première charge, facilitera, le résultat de deuxième opération. La glace produite en première opération reste figée sur le serpentin-capteur de la cuve A. Les vannes électromagnétiques (1) et (4) seront refermées et celles (2) et (3) seront ouvertes. A la mise en fonctionnement du compresseur C le fluide frigorigène sous pression, fait son circuit inversement à celui qu'il faisait en première opération. Il part du compresseur C par le tuyau T', passe la vanne (3) ouverte puis la partie haute du serpentin S de la cuve A qui devient condenseur de la pompe de chaleur, où il commence son refroidissement et se retrouve liquide au bas de l'évaporateur à la température de la glace ambiante. En première opération l'environnement du condenseur était de l'eau tiède en haut de cuve et fraîche en bas, température à laquelle il se retrouve redevenu liquide. En deuxième opération, l'environnement du condenseur de la cuve A est de la glace produite en première opération, qui) y a lieu de décongeler. La décongélation de ce pain de glace, fera que le liquide frigorigène sortira du condenseur à la température de cette glace, et non, seulement refroidi à la température de l'eau, comme en première opération ; De plus, ce pain de glace constitue un avoir en stock de frigories transférables par opération successives, de l'évaporateur d'une opération, à l'évaporateur de l'opération suivante. Tout ceci aura une influence considérable sur le résultat des opérations à suivre, constituant une importante deuxième constatation. Suivant le parcours qui lui est tracé, le liquide frigorigène se heurte au clapet antiretour (7) fermé, mais trouve son passage par le clapet anti-retour (5) ouvert, et à suivre, pénètre dans le détendeur (6) qui lui règle l'accès au serpentin S de la cuve B devenu évaporateur-support-capteur de l'eau contenue dans le vin environnant, qui sous l'effet du grand froid de celui-ci, s'y agglutine devenant pain de glace. Introduit dans l'évaporateur le liquide frigorigène redevient gaz ayant extrait les calories de son environnement qu'il entraîne avec lui vers sa sortie par la vanne (2) et s'achemine par le tuyau T vers l'entrée (9) du compresseur C, qui continue le cycle jusqu'à la fin de la deuxième opération. Lors de la préparation de la troisième opération, après avoir évacué de la cuve A, l'eau de décongélation de la glace produite en première opération, et mis à sa place la charge de troisième opération on constate, en cuve B, à l'observation du pain de glace, que celui-ci est plus volumineux que n'était celui de première opération, ce qui signifie que la deuxième opération a été plus productive de glace que la première pour une moindre consommation d'énergie électrique par le moteur de la pompe de chaleur, la durée de la deuxième opération ayant été volontairement très écourtée. La charge de l'appareil pour une troisième opération ou celles à suivre, se fait comme a été faite celle de deuxième opération. L'appareil travaillant par opérations successives, doit lors des recharges, être arrêté le moins longtemps possible, afin de protéger contre un réchauffement qui serait une perte inutile, les acquits de froid des opérations précédentes. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné, après captage sur un support cryogène, et évacuation du liquide non congelé duquel il a été extrait, à l'extraction après sa décongélation, d'un élément congelable, partie d'un corps composé, convoité pour lui-même ou l'en exclure pour les inconvénients qu'il y occasionne. Le dispositif selon l'invention a pour première vocation l'extraction de l'eau du vin. REVENDICATIONS - 1-Dispositif d'extraction d'un composé congelable à partir d'une composition liquide, caractérisé en ce qu'il comporte : deux cuves A et B traversées respectivement par un serpentin S véhiculant un fluide frigorigène, ces deux serpentins S faisant partie d'un circuit de circulation du fluide frigorigène, l'une de ces cuves contenant la composition liquide à traiter, l'autre de l'eau de refroidissement ; une pompe à chaleur disposée entre les deux cuves comprenant un compresseur C, un collecteur-répartiteur D de fluide frigorigène dirigeant ce fluide par l'intermédiaire du compresseur C soit à l'entrée du serpentin de la cuve A lorsque cette cuve contient l'eau de refroidissement, soit à l'entrée du serpentin de la cuve B lorsque cette cuve contient l'eau de refroidissement ; un détendeur E muni de clapet anti retour qui régule le débit du fluide frigorigène liquéfié qui sort du serpentin noyé par l'eau de refroidissement, puis pénètre dans le serpentin noyé par le liquide à traiter en provoquant la solidification du composé congelable et enfin retourne au système collecteur-répartiteur D qui le recycle au compresseur C. -2-Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque cuve est munie à sa partie inférieure et à sa partie supérieure d'un robinet pour l'admission et l'évacuation respectives du liquide contenu dans chacune des cuves. -3-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le système collecteur-répartiteur D de fluide frigorigène comporte un système de vannes électromagnétiques (1,2, 3,4) permettant d'inverser le sens de circulation du fluide frigorigène à l'extérieur de la pompe à chaleur. -4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que après retour au compresseur C du fluide frigorigène, la pompe de chaleur est stoppée, la cuve contenant l'eau de refroidissement est vidée, l'eau remplacée par le liquide traité provenant de l'autre cuve complété avec du liquide puisé dans la cuve de stockage et l'autre cuve contant la glace formée en opération précédente complétée par de l'eau de refroidissement, la pompe à chaleur remise en route pour une nouvelle extraction de composé congelable. -5-Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce quèle serpentin situé dans la cuve contenant l'eau de refroidissement est condenseur du liquide frigorigène et en ce que le serpentin situé dans la cuve contenant la composition liquide à traiter est évaporateur de liquide frigorigène. -6-Procédé d'extraction d'un composé congelable à partir d'une composition liquide mettant en oeuvre le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivante : Remplissage de la cuve A par le liquide à traiter. Remplissage de la cuve B par de l'eau de refroidissement en laissant un filet d'eau s'écouler par le robinet supérieur de cette cuve. Fermeture des vannes (2) et (3) et ouverture des vannes (1) et (4) du collecteur-répartiteur D. Mise en action du compresseur C de la pompe à chaleur de façon à ce que le fluide frigorigène gazeux soit dirigé dans le serpentin de la cuve B pour y être condensé, puis envoyé par l'intermédiaire de détendeur E dans le serpentin de la cuve A pour solidifier le composé congelable et enfin retourner par l'intermédiaire de collecteur répartiteur D au compresseur C jusqu'à l'arrêt de la pompe de chaleur. Vidange complète de l'eau de la cuve B et son remplacement par le liquide de la cuve A complété par du liquide de la cuve de stockage. Remplissage de la cuve A ainsi vidée contenant la glace formée en opération précédente par de l'eau de refroidissement si utile renouvelée en laissant un filet s'écouler par le robinet supérieur de cette cuve. - Fermeture de vannes (1) et (4) et ouverture des vannes (2) et (3) du collecteur répartiteur D. Mise en route de compresseur C de la pompe de chaleur qui fait circuler le liquide frigorigène dans le serpentin de la cuve A, puis dans le serpentin de la cuve B pour solidifier le composé congelable, puis retour au compresseur C et éventuellement recommencer le cycle de départ. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la composition liquide à traiter est de l'eau salée ou du vin de façon à récupérer de la glace ou du vin contenant moins d'eau.