Brevet FR2811069A1 — publié le 20020104

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement/réchauffage de produits alimentaires liquides tels que notamment des moûts ou des vins. On connaît un certain nombre de dispositifs qui permettent de traiter par la chaleur ou par le froid de tels produits. On connait ainsi par le brevet FR-A-2.599.379 un dispositif de réfrigération destiné à piloter en température une masse de vendange en cours de vinification. Dans un tel dispositif le fluide réfrigérant circule entre les éléments d'un échangeur rigide mobile qui sont disposés en série autour d'une couronne que l'on peut enfoncer dans la vendange ou au contraire soulever hors de la cuve. On connaît également par le brevet FR-A-2.570.389 un dispositif refroidisseur mobile pour le vin et le moût qui est constitué d'un échangeur tubulaire immergé dans une cuve isolée qui est remplie d'antigel et qui est refroidie ou chauffée par un ensemble frigorifique. Les différents dispositifs proposés dans l'état antérieur de la technique ne décrivent pas des moyens permettant à l'utilisateur d'assurer, à partir de la même installation, à la fois le chauffage d'un liquide et le refroidissement d'un autre liquide. On sait cependant que, notamment dans le domaine vinicole, il y a de nombreuses applications dans lesquelles il est nécessaire de refroidir un vin et un moût d'une certaine catégorie tout en réchauffant un vin ou un moût d'une autre catégorie. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de refroidissement/réchauffage qui permettra, à un utilisateur, de moduler suivant ses besoins la Dsk 245 2 2811069 distribution des calories et/ou des frigories à un ou plusieurs produits alimentaires liquides. Il pourra ainsi assurer soit un chauffage à pleine puissance d'un liquide, soit un refroidissement à pleine puissance de celui-ci. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de refroidissement/réchauffage d'un liquide alimentaire, tel que notamment du moût ou du vin, au moyen d'une pompe à chaleur comprenant au moins un compresseur, au moins un évaporateur et au moins un condenseur caractérisé en ce qu'il comprend: - un évaporateur/condenseur, en mesure de constituer un évaporateur et/ou un condenseur, - au moins deux échangeurs en mesure d'être traversés par le liquide alimentaire, - des moyens de commutation permettant de relier l'entrée de chaque échangeur à la sortie de l'évaporateur /condenseur et la sortie de chacun de ces échangeurs à l'entrée du compresseur. De façon intéressante les moyens de commutation permettent, de plus, de relier la sortie du compresseur à chacune des entrées des échangeurs et la sortie de chacun de ces derniers à l'entrée du condenseur/évaporateur. Les moyens de commutation seront notamment constitués par des vannes hydrauliques, et notamment des électrovannes de type à quatre voies, pilotées par une logique de commande notamment une logique informatique programmable contenue par exemple dans un microcontrôleur, qui agira sur les électrovannes par l'intermédiaire d'une interface. Dsk 245 3 2811069 On sait par ailleurs que, lors du traitement du vin par le froid, un dépôt tartrique se forme sur les parois internes des échangeurs ce qui entraîne une perte d'efficacité de ceux-ci. Lorsque les échangeurs sont constitués d'éléments coaxiaux en métal, généralement de l'acier inoxydable, le nettoyage s'effectue en circuit fermé au moyen d'une pompe, ce qui empêche l'utilisateur de contrôler visuellement l'efficacité du nettoyage effectué. Lorsque l'échangeur est constitué d'un élément () multitubulaire à flasque boulonné, il ne peut recevoir que de l'eau ou du glycol alimentaire pour le refroidissement ou le chauffage. La présente invention a également pour but d'éviter les principaux inconvénients précités en proposant un dispositif de refroidissement/chauffage pour liquides alimentaires faisant appel à au moins un échangeur dont le nettoyage est particulièrement facile et efficace à réaliser et dont le résultat peut être contrôlé visuellement par l'utilisateur. Suivant l'invention le dispositif comprendra au moins 2() un échangeur de type spiralé c'est-à-dire formé de deux éléments de tôles écartés, formant un premier circuit de l'échangeur, qui sont enroulés sur eux- mêmes, l'espace interspire de l'enroulement formant le second circuit de l'échangeur, cet enroulement étant contenu dans une enceinte cylindrique dont l'axe central et longitudinal est parallèle à celui de l'enroulement et qui est disposé verticalement, cette enceinte étant fermée à sa partie inférieure et à sa partie supérieure par des moyens d'obturation indépendants. Dsk 245 4 2811069 Un tel échangeur qui peut être utilisé aussi bien en évaporateur qu'en condenseur, est particulièrement intéressant en ce qu'il peut être nettoyé de deux façons différentes. Les moyens d'obturation pourront être constitués de flasques boulonnés sur des éléments de préhension de l'enceinte. En effet, cet échangeur lorsque l'on ouvre ses moyens d'obturation supérieurs, peut recevoir dans le second circuit, à savoir le circuit interspires, un produit apte à effectuer un détartrage chimique du dépôt tartrique qui se produit sur ses parois internes. Cette action chimique de décapage étant effectuée, il est alors possible à l'utilisateur d'ouvrir le flasque inférieur ce qui permet alors de compléter ce nettoyage, par exemple par l'action d'un nettoyeur sous pression. De plus, le second circuit étant formé par l'espace compris entre les différentes spires de l'enroulement, il est alors possible d'utiliser des balais de nettoyage de type écouvillon qui sont en mesure de traverser l'échangeur de sa partie supérieure à sa partie inférieure et d'être déplacés ensuite dans le sens de l'enroulement à l'intérieur de l'espace interspire. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention le dispositif pourra comporter un circuit commandé permettant d'établir une liaison directe et temporaire entre la sortie du compresseur et l'entrée de l'évaporateur. Préférentiellement le fluide frigorigène et le fluide à traiter traversent au moins l'un des échangeurs en sens inverse l'un de l'autre. Dsk245 2811069 On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un échangeur mis en oeuvre dans le dispositif de refroidissement/chauffage suivant l'invention. La figure la est une vue partielle avant enroulement de deux tôles métalliques constituant l'échangeur. La figure 2 est une vue en coupe transversale agrandie d'un élément spiralé de l'échangeur représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de refroidissement/chauffage d'un liquide alimentaire suivant l'invention en configuration de refroidissement de ce liquide au moyen de deux échangeurs fonctionnant en évaporateurs. La figure 4 est une vue du dispositif de refroidissement/chauffage suivant l'invention dans une configuration de réchauffage du liquide alimentaire, au moyen de deux échangeurs fonctionnant en évaporateurs condenseurs. La figure 5 est une vue du dispositif de refroidissement/chauffage suivant l'invention dans une configuration à la fois de réchauffage et de refroidissement, l'un des échangeurs fonctionnant en condenseur et l'autre échangeur fonctionnant en évaporateur. L'échangeur 1 représenté en détails sur la figure 1 est constitué d'une enceinte cylindrique 3 d'axe yy' vertical qui comporte à sa partie supérieure et à sa partie Dsk 245 6 2811069 inférieure une collerette 5 qui sert à supporter respectivement un couvercle 7 et un fond 9 dont la fixation est assurée sur celle-ci au moyen de boulons et de moyens d'étanchéité non représentés sur le dessin. L'enceinte 3 comporte, à sa partie supérieure, un tube 11 et à sa partie inférieure un tube 13 qui assurent la communication avec l'intérieur de l'enceinte. A l'intérieur de l'enceinte 3, on a disposé un élément spiralé 14 qui est constitué à partir de deux plaques de tôles 10,10' (figure la) qui sont maintenues écartées l'une de l'autre à une certaine distance d au moyen de picots 12 formés par déformation de la tôle '. Cet ensemble de deux tôles 10,10' écartées est enroulé de façon à constituer une série de spires qui sont elles- mêmes maintenues écartées les unes des autres. Après soudage des éléments de tôles, on obtient un premier circuit qui est constitué par l'espace compris entre les tôles 10 et 10' (représenté doublement hachuré sur la figure 2) et un second circuit qui est formé par l'espace existant entre les spires (non hachuré sur la figure 2). Des tubes 15 et 17 sont en communication avec les extrémités du premier circuit compris entre les deux plaques de tôles 10 et 10', et l'accès au second circuit, à savoir celui compris entre les spires, se fait au moyen des tubes inférieur 11 et supérieur 13 prévus sur l'enceinte 3. A cet effet des joints d'étanchéité 6 et 8 sont prévus entre l'élément spiralé 14 et la surface interne de l'enceinte 3 afin de forcer le liquide arrivant par l'un des tubes 11 ou 13 à traverser le second circuit et à ressortir par l'autre tube. Dsk 245 7 2811069 Un tel échangeur est particulièrement intéressant pour constituer, dans une pompe à chaleur du type de celle représentée sur les figures 3 à 5, un évaporateur et/ou un condenseur suivant l'utilisation que l'on souhaite faire. Il peut notamment assurer le refroidissement ou le chauffage d'un liquide alimentaire tel que notamment des vins ou des moûts et être facilement nettoyé des dépôts laissés sur ses parois par ce type de produit. L'échangeur 1 permet de mettre en oeuvre deux types de nettoyages à savoir d'une part un nettoyage par bain et d'autre part un nettoyage par jets d'eau sous pression. Dans le cas d'un nettoyage par bain, on ôtera le couvercle 7 de l'échangeur, ce qui permettra d'introduire à l'intérieur du volume de celui-ci un produit décapant que l'on laissera agir sur le dépôt tartrique pendant le temps requis. Pour effectuer un nettoyage par jets d'eau sous pression de l'échangeur, on démontera le fond 9 de celui-ci et l'on pourra appliquer le jet d'eau sous pression à la partie supérieure de l'échangeur. L'enroulement de celui-ci ayant 2() été effectué autour de l'axe yy' vertical les parois 10 et ' de l'élément spiralé 14 se trouvent ainsi verticales ce qui permet une grande efficacité de l'eau de rinçage sous pression puisque celui-ci peut traverser l'élément 14 de part en part. Cette disposition des parois de l'enroulement permet même à l'utilisateur d'introduire un écouvillon entre les spires de l'enroulement ce qui permet d'améliorer le nettoyage de celui-ci. On a représenté sur la figure 3 une pompe à chaleur comprenant deux échangeurs 1 et 1' qui sont utilisés pour Dsk 245 8 2811069 refroidir un liquide, c'est-à-dire qu'ils sont utilisés en tant qu'évaporateurs. Dans le présent texte les désignations des " entrées " et " sorties " d'un appareil seront fonction du sens de circulation du fluide frigorigène dans cet appareil. Cette installation comprend ainsi un compresseur dont la sortie 20b est reliée à l'entrée 22a d'un condenseur 22 et ceci par l'intermédiaire d'une électrovanne à quatre voies V1. Cette électrovanne V1 comporte quatre entrées/sorties a, b, c, d et son agencement interne permet de relier l'entrée a soit à la sortie d, ainsi que représenté sur les figures 3 et 5, soit à la sortie b, ainsi que représenté sur la figure 4. La sortie 22b du condenseur 22 est reliée, via une électrovanne V2, au premier échangeur 1 à savoir le tube inférieur 17 qui donne accès au premier circuit de l'élément spiralé 14. Le liquide frigorigène parcourt ainsi le circuit prévu entre les tôles 10,10' de l'échangeur pour en ressortir par le tube supérieur 15 et retourner à l'entrée a du compresseur 20 en passant par les bornes d'entrée/sortie b et c de l'électrovanne V1. Le liquide alimentaire que l'on souhaite refroidir, est introduit dans l'échangeur 1 par la partie supérieure de celui-ci, à savoir par le tube 11, et après que celui-ci ait parcouru le second circuit de l'échangeur, à savoir celui compris entre les différentes spires de l'enroulement, il ressort par le tube inférieur 13. On a en effet constaté que l'échange thermique optimal obtenu entre le liquide frigorigène parcourant le second circuit et le liquide à Dsk 245 9 2811069 traiter parcourant le premier circuit était optimal lorsque ces deux fluides parcouraient l'échangeur en sens inverse. Le dispositif suivant l'invention comporte également un second échangeur 1', identique au premier, qui est alimenté par le fluide frigorigène provenant de la sortie 22b du condenseur 22, par l'intermédiaire d'une électrovanne V3 à trois positions et d'une électrovanne V4 si bien que cet échangeur fonctionne également en évaporateur. Le fluide frigorigène sort de l'évaporateur 1' en 15 pour traverser une électrovanne V5 o il rejoint le liquide frigorigène en sortie de l'évaporateur 1. Dans une telle configuration les deux échangeurs 1 et 1' étant utilisés en tant qu'évaporateurs, ils vont refroidir le liquide alimentaire qui les traverse. Suivant l'invention il est possible d'utiliser les deux échangeurs 1 et 1' également comme condenseurs de façon à réchauffer le liquide alimentaire. Pour passer de la configuration refroidissement à la configuration chauffage, on basculera l'électrovanne Vl et ceci préférablement au moyen d'une logique de commande constituée préférablement par des moyens logiciels qui peuvent être contenus dans un microcontrôleur qui agit par une interface appropriée sur cette électrovanne. On a représenté une telle configuration sur la figure 4. L'électrovanne quatre voies V1 a été basculée si bien que son entrée/sortie a est désormais reliée à la sortie c, si bien que le fluide frigorigène provenant de la sortie 20b du compresseur 20 est admis par une canalisation C1 dans les deux échangeurs 1 et 1' par leur entrée supérieure 15 et Dsk 245 2811069 après avoir traversé la vanne V5 pour l'échangeur 1', ressort des échangeurs par leur sortie inférieure 17 et gagne l'entrée 22b de l'échangeur 22 après avoir traversé les électrovannes V2 pour l'échangeur 1 et V4 et V3 pour l'échangeur 1'. Dans ce mode de mise en oeuvre l'échangeur 22 se comporte donc ici comme un évaporateur et les échangeurs 1 et 1' comme des condenseurs si bien qu'ils assurent alors le chauffage du liquide alimentaire. Le fluide frigorigène sort de l'évaporateur 22 par sa sortie 22a pour gagner, via une électrovanne V7 les entrées d et c de l'électrovanne quatre voies V1, puis l'entrée 20a du compresseur 20. Dans ces conditions, lorsque le condenseur 1 est à bonne température la vanne V2 se ferme et tout le fluide frigorigène passe par le second condenseur 1'. Si, à son tour, le condenseur 1' se trouve à bonne température, la vanne V4 se ferme et un pressostat arrête alors le compresseur. Bien entendu, en fonction de ses besoins, l'utilisateur pourra n'utiliser qu'un seul condenseur et il aura la possibilité de choisir celui qu'il veut mettre en oeuvre, à savoir soit le condenseur constitué par l'échangeur 1 et il fermera alors l'électrovanne V4, soit le condenseur constitué par l'échangeur 1' et il fermera alors l'électrovanne V2. Dans l'hypothèse o l'évaporateur 22, qui est constitué notamment d'un échangeur à ailettes, se refroidit au point de givrer on fait en sorte d'ouvrir une vanne V8 qui va lui Dsk 245 il 2811069 amener des gaz chauds par une canalisation C5 en provenance du compresseur 20. Un intérêt majeur de la présente invention est de permettre d'utiliser, à la fois, l'un des échangeurs pour réchauffer un liquide et un autre échangeur pour réchauffer un autre liquide. Cette particularité se révèle particulièrement intéressante d'une part sur le plan pratique en ce qu'elle permet de satisfaire à un besoin qui se manifeste notamment dans le domaine vinicole et d'autre part en ce qui concerne le bilan thermique de l'opération. Dans un tel mode de fonctionnement la logique de commande sera à même de piloter les électrovannes pour faire en sorte que l'un des échangeurs fonctionne en condenseur et l'autre échangeur fonctionne en évaporateur. On a représenté une telle configuration sur la figure 5 o l'échangeur 1', qui est destiné à réchauffer et qui fonctionne donc alors en condenseur se trouve relié en série avec le condenseur/échangeur 22. Pour ce faire le fluide frigorigène en sortie du compresseur 20 est admis à l'entrée a de l'électrovanne V1 pour ressortir de celle-ci par sa sortie d. Le fluide frigorigène suit alors la canalisation C2 et entre par l'entrée supérieure 15 dans l'échangeur 1' en traversant l'électrovanne V5 qui a été basculée. Le fluide frigorigène sort de l'échangeur 1' par la sortie 17, traverse l'électrovanne V4 puis l'électrovanne V3 qui a été basculée ce qui le conduit, par la canalisation C3, à l'entrée 22a de l'échangeur/condenseur 22. Dans cette partie de circuit les Dsk 245 12 2811069 échangeurs 1' et 22 se comportent donc bien en tant que condenseurs. Le fluide frigorigène traverse l'échangeur 22 et sort de celui-ci par sa sortie 22b pour entrer dans l'échangeur 1 par son entrée inférieure 17, après avoir traversé l'électrovanne V2, et ressortir par la sortie supérieure 15 et regagner l'entrée 20a du compresseur 20 par les bornes b et c de l'électrovanne quatre voies V1. Dans cette seconde partie de circuit l'échangeur 1 se comporte donc bien comme un évaporateur, si bien qu'il refroidira le liquide qui le traverse. Dans ce mode de mise en oeuvre on utilisera une électrovanne supplémentaire V9 qui sera disposée entre la sortie 22b de l'échangeur 22 et la canalisation C1, et qui sera en position fermée. Dans ces conditions, si l'échangeur 1 (évaporateur) se trouve à température, l'électrovanne V2 se ferme et les électrovannes V6 et V4 s'ouvrent, si bien que le gaz va se détendre dans un détendeur D3 relié à l'échangeur 22 et les frigories seront évacuées par ce dernier. Si le second échangeur 1' (condenseur) se trouve à bonne température, l'électrovanne V4 se ferme et l'électrovanne V7 s'ouvre, si bien que le gaz va se condenser dans l'échangeur 22. Quand les deux échangeurs 1 et 1' sont à bonne température des moyens de détection prennent en compte la fermeture des électrovannes V2 et V4 et arrêtent le compresseur 20. Par ailleurs le dispositif suivant l'invention permet d'éviter le givrage des échangeurs lorsqu'ils sont utilisés Dsk 245 13 2811069 en tant qu'évaporateur en amenant à ceux-ci les gaz chauds provenant du compresseur, ce qui permet de contrôler leur dégivrage. Ce contrôle peut être effectué de façon automatique à l'aide de thermostats disposés dans les échangeurs et qui, lorsque la température dans ceux-ci descend en dessous d'un certain seuil déterminé pour lequel il y a un risque de givrage, commandent le déclenchement d'une électrovanne autorisant le passage d'une partie des gaz chauds du compresseur. On peut également suivant l'invention faire appel à des échangeurs d'un autre type que spiralés en fonction des opérations à effectuer. Dsk 245 14 2811069 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de refroidissement/réchauffage notamment d'un liquide alimentaire, tel que notamment du moût ou du vin, au moyen d'une pompe à chaleur comprenant au moins un compresseur (20), au moins un évaporateur (1,1',22) et au moins un condenseur (22,1,1') caractérisé en ce qu'il comprend: - un évaporateur/condenseur (22) en mesure de constituer un évaporateur et/ou un condenseur, - au moins deux échangeurs (1,1') en mesure d'être traversés par le liquide alimentaire, - des moyens de commutation permettant de relier l'entrée de chaque échangeur (1,1') à la sortie de l'évaporateur /condenseur (22) et la sortie de chacun de ces échangeurs (1,1') à l'entrée du compresseur (20). 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de commutation permettant, de plus, de relier la sortie du compresseur à chacune des entrées des échangeurs et la sortie de chacun de ces derniers à l'entrée du condenseur/évaporateur. 3.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent des électrovannes. 4.- Dispositif suivant la revendication 3 caractérisé en ce que les électrovannes sont pilotées par des moyens informatiques. 5.- Dispositif suivant la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens informatiques comprennent un Dsk 245 2811069 microcontrôleur et des moyens interfaces de connexion avec les électrovannes. 6.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que au moins l'un des échangeurs est de type spiralé (1) et est formé de deux éléments de tôles (10,10') écartés, formant un premier circuit de l'échangeur, qui sont enroulés sur euxmêmes, l'espace interspire de l'enroulement formant le second circuit de l'échangeur, cet enroulement étant contenu dans une enceinte cylindrique (3) dont l'axe (yy') est parallèle à celui de l'enroulement et qui est disposé verticalement, cette enceinte (3) étant fermée à sa partie inférieure et à sa partie supérieure par des moyens d'obturation indépendants (7,9). 7.- Dispositif suivant la revendication 6 caractérisé en ce que les moyens d'obturation sont constitués de flasques (7,9) fixés sur des éléments de préhension (5) de l'enceinte (3). 8.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un circuit commandé permettant d'établir une liaison directe et temporaire entre la sortie (20b) du compresseur (20) et l'entrée (15) d'un évaporateur (1). 9.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le fluide frigorigène et le fluide à traiter traversent au moins l'un des échangeurs (1,1') en sens inverse l'un de l'autre. 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