Brevet FR2822226A1 — publié le 20020920

La présente invention concerne le domaine technique de la production du froid utilisant un fluide frigoporteur diphasique comprenant deux phases d'un même corps en équilibre de fusion, c'est-à-dire comprenant une phase liquide et une phase solide. L'objet de l'invention concerne, plus particulièrement, le domaine des installations de production de froid dont le fluide frigoporteur est obtenu, transporté et utilisé sous une forme diphasique dans une consistance homogène proche de celle d'un sorbet. A titre d'exemple, un tel corps en équilibre de fusion peut être un eutectique ou de l'eau additionnée d'un agent antigel, tel que du sel, de l'alcool, du monoéthylène-glycol ou du monopropylène-glycol. L'objet de l'invention vise, plus particulièrement, le dispositif de stockage d'un tel fluide frigoporteur diphasique. Dans l'état de la technique, il est connu, notamment par le brevet EP 0 629 826, une installation de production de froid comportant un dispositif de stockage d'un fluide frigoporteur diphasique, réalisé par une enceinte de stockage du fluide, isolée thermiquement et dans laquelle le fluide stocké se décante en une couche inférieure relativement liquide et une couche supérieure relativement solide. Ce dispositif de stockage comporte, également, des moyens d'extraction du fluide de l'enceinte reliés à un circuit de circulation externe à l'enceinte dont le retour est relié à des moyens d'introduction du fluide à l'intérieur de l'enceinte. De façon connue, le circuit de circulation externe est associé à un échangeur de chaleur entre le fluide frigoporteur et un fluide frigorigène circulant dans une ou plusieurs unités à refroidir. L'un des problèmes majeurs d'une telle installation a trait à la difficulté d'extraire le fluide frigoporteur de l'enceinte de stockage. En effet, les moyens d'extraction, équipant une telle enceinte, doivent permettre d'extraire le fluide frigoporteur sous une forme diphasique homogène, non agglomérée, pouvant être pompée directement comme une phase liquide pure. Le brevet EP 0 629 826 a proposé de réaliser les moyens d'extraction sous la forme d'un conduit vertical se terminant par un cône de déversement entraînant une agitation ou une turbulence dans le fluide frigoporteur extrait. Il apparaît, en pratique, que la phase solide a tendance à s'agglomérer, en raison de la présence, au sein même de l'enceinte de stockage, du conduit vertical équipé de son cône de déversement. Il s'ensuit que le fluide frigoporteur extrait n'est pas homogène avec une phase solide en faible proportion, ce qui conduit à une perte de la puissance frigorifique véhiculée et à une impossibilité à déstocker rapidement l'énergie emmagasinée. L'objet de l'invention vise à remédier aux inconvénients énoncés ci-dessus en proposant un procédé simple permettant, à partir d'un fluide frigoporteur diphasique stocké dans une enceinte, d'extraire ledit fluide sous une forme diphasique homogène. Pour atteindre cet objectif, l'objet de l'invention concerne un procédé de stockage d'un fluide frigoporteur diphasique consistant : - à disposer d'une enceinte de stockage du fluide, isolée thermiquement et dans laquelle le fluide stocké se décante en une couche inférieure relativement liquide et une couche supérieure relativement solide, - à introduire dans l'enceinte, le fluide à stocker, - et à extraire le fluide de l'enceinte au niveau de la couche supérieure. L'objet de l'invention consiste : à assurer la rotation selon un sens déterminé de moyens de poussée répartis dans la couche supérieure pour assurer le déplacement et l'homogénéisation du fluide de la couche supérieure, et à extraire le fluide selon une sortie tangentielle par rapport au mouvement de rotation des moyens de poussée. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de stockage comportant : - une enceinte de stockage du fluide isolée thermiquement et dans laquelle le fluide stocké se décante en une couche inférieure relativement liquide et une couche supérieure relativement solide, - des moyens d'introduction du fluide à l'intérieur de l'enceinte, - et des moyens d'extraction du fluide de l'enceinte au niveau de la couche supérieure, Le dispositif de stockage comporte des moyens d'extraction constitués par : des moyens de poussée répartis au moins selon un diamètre de l'enceinte, au niveau de la couche supérieure et commandés en rotation selon un sens déterminé pour assurer le déplacement et l'homogénéisation du fluide, et au moins une sortie du fluide tangentielle par rapport au mouvement de rotation des moyens de poussée et située au niveau de la couche supérieure. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique en coupe-élévation d'un exemple de réalisation d'un dispositif de stockage conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue partielle en coupe-élévation montrant un détail caractéristique d'une autre variante de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 3 est une vue en coupe transversale prise, sensiblement, selon la ligne III-III de la fig. 2. La fig. 4 est une vue d'un détail explicitant une caractéristique selon l'invention. La fig. 5 illustre une autre variante de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 6 est une vue en coupe-élévation montrant une autre variante de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 7 est une vue en coupe transversale prise sensiblement selon les lignes VII-VII de la fig. 1. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 1, l'objet de l'invention concerne un dispositif de stockage 1 pour un fluide frigoporteur diphasique 2 comportant une phase liquide et une phase solide d'un même corps en équilibre de fusion. Le dispositif de stockage 1 comporte une cuve ou une enceinte 3 de stockage du fluide frigoporteur 2, isolée thermiquement. L'enceinte 3 est constituée par une virole 4 présentant une section droite transversale circulaire ou, comme illustré, tronconique décroissante du sommet à la base de l'enceinte. La virole 4 est prolongée, de part et d'autre, par un fond 5 et un couvercle 6, présentant chacun une forme conique de section droite transversale décroissante de l'intérieur vers l'extérieur de l'enceinte 3. A l'intérieur de l'enceinte 3, le fluide stocké 2 se décante en une couche inférieure 7 relativement liquide et une couche supérieure 8 relativement solide. De préférence, une source gazeuse et un circuit de recyclage gazeux, non représentés, permettent d'assurer l'établissement d'un ciel gazeux 9, entre le dessus de la couche supérieure 8 et le couvercle 6 de l'enceinte 3. Par exemple, le ciel gazeux 9 peut être réalisé par l'intermédiaire d'un gaz inerte sous pression. Selon une caractéristique de l'objet de l'invention, le dispositif de stockage 1 comporte des moyens d'extraction 11 permettant d'assurer la sortie d'une partie homogène du fluide frigoporteur stocké 2. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 1 à 3, les moyens d'extraction 11 sont constitués par des moyens de poussée 12, répartis selon un diamètre de l'enceinte 3 au niveau d'une zone d'homogénéisation 81 située dans la partie supérieure de la couche supérieure 8 du fluide frigoporteur stocké. Les moyens de poussée 12 sont adaptés pour assurer le déplacement du fluide stocké, de manière à assurer une homogénéisation du fluide frigoporteur entre les phases solide et liquide. Les moyens de poussée 12 sont commandés en rotation selon un sens donné, représenté par la flèche fi sur la fig. 3. Les moyens de poussée 12 sont commandés en rotation par l'intermédiaire d'un organe moteur 13, selon un axe de rotation vertical x. Par exemple, les moyens de poussée 12 sont commandés en rotation selon une vitesse compris entre 2 et 60 tours/min et, de préférence, entre 5 et 20 tours/min. Les moyens d'extraction 11 comportent, également, au moins une sortie 14 orientée, de façon tangentielle, par rapport au mouvement de rotation des moyens de poussée 12. Cette sortie tangentielle 14 est située au niveau de la zone d'homogénéisation 81 de la couche supérieure. Compte tenu de l'effet de déplacement des moyens de poussée 12 dans une zone déterminée, le fluide est homogénéisé et peut être récupéré par la sortie 14 située tangentiellement par rapport au sens de rotation des moyens de poussée 12. Selon une caractéristique préférée de réalisation, illustrée plus particulièrement aux fig. 2 et 3, la sortie tangentielle 14 est orientée dans le même sens que le sens du mouvement de rotation f, des moyens de poussée 12. Dans l'exemple illustré plus particulièrement aux fig. 2 et 3, la sortie tangentielle 14 est orientée sensiblement horizontalement, de sorte qu'elle s'étend perpendiculairement à l'axe de rotation x des moyens de poussée 12. Tel qu'illustré à la fig. 4, il peut être envisagé que la sortie 14 se trouve dirigée tangentiellement par rapport au mouvement de rotation des moyens de poussée 12, en étant dirigée verticalement vers le bas de l'enceinte. Selon une première variante de réalisation illustrée à la fig. 1, les moyens de poussée 12 sont réalisés par une série de doigts de poussée 16 s'étendant chacun verticalement à l'intérieur de l'enceinte 3. Les doigts de poussée 16 sont répartis le long d'un bras 17 s'étendant diamétralement à l'intérieur de l'enceinte 3 et équipé, en son milieu, d'un arbre de rotation 18 monté pour traverser le couvercle 6 et être calé en rotation avec l'organe moteur 13 disposé à l'extérieur de l'enceinte 3. Selon une autre variante de réalisation, les moyens de poussée 12 peuvent être réalisés par une série de déflecteurs 19 répartis le long du bras 16 et orientés en fonction du sens de rotation pour pousser le fluide frigoporteur du centre vers la périphérie de l'enceinte 3. Bien entendu, il peut être prévu d'équiper le bras 17 uniquement des doigts de poussée 16 (fig. 1) ou des déflecteurs 19, comme illustré à la fig. 5. De façon avantageuse, les doigts de poussée 16 et les déflecteurs 19 sont montés en combinaison sur un même bras 17, comme illustré plus particulièrement aux fig. 2 et 3. La fig. 5 illustre une variante de réalisation dans laquelle les déflecteurs 19 sont répartis sur le bras 17, de manière que, à chaque tour de rotation du bras, sensiblement la totalité de la surface de la couche supérieure est couverte par les déflecteurs 19. Bien entendu, les doigts 16 et les déflecteurs 19 possèdent des formes adaptées pour assurer leur fonction de poussée du fluide frigoporteur. De plus, dans l'exemple illustré aux fig. 2 et 3, le bras 17 est monté pour être émergé par rapport à la couche supérieure 8 du fluide frigoporteur, tandis que les doigts 16 et/ou les déflecteurs 19 sont en partie immergés dans cette couche supérieure 8. Les doigts de poussée 16 et les déflecteurs 19 sont donc dirigés vers le bas de l'enceinte de stockage 3. Dans l'exemple de réalisation illustré à la fig. 6, le bras 17 est immergé dans le fluide frigoporteur et les doigts de poussée 16 et/ou les déflecteurs 19 sont orientés vers le sommet de l'enceinte de stockage 3 en étant, au moins en partie, immergés dans la couche supérieure 8 du fluide frigoporteur. Ainsi, les moyens de poussée 12, constitués par le bras 17 immergé, les doigts de poussée 16 et/ou les déflecteurs 19, s'étendent, à l'intérieur du fluide frigoporteur, sur une hauteur déterminée correspondant à la zone d'homogénéisation 81. Selon une caractéristique préférée de réalisation de l'invention, les moyens d'extraction 11 comportent, également, des moyens de grattage 21 s'étendant dans la zone frontalière entre la zone d'homogénéisation 81 et le reste de la couche supérieure 8. Les moyens de grattage 21 sont entraînés en rotation pour permettre d'assurer une désagrégation de la couche supérieure et, notamment, de la phase solide du fluide frigoporteur. De préférence, ces moyens de grattage 21 sont portés par les moyens de poussée 12. Dans l'exemple illustré plus précisément à la fig. 2, les moyens de grattage 21 sont constitués par un câble ou un fil montés pour relier ensemble les extrémités libres des doigts de poussée 16 et/ou des déflecteurs 19. Dans l'exemple de réalisation illustré à la fig. 6, les moyens de grattage 21 sont constitués par le bras immergé 17 équipé, de préférence, de picots ou de dents de grattage. Selon une autre caractéristique de l'objet de l'invention, les moyens d'extraction 11 comportent, également, une rampe 23 montée au-dessus de la partie supérieure de la couche supérieure 8 pour permettre d'asperger le dessus de la zone d'homogénéisation 81, par le fluide frigoporteur se présentant sous la forme liquide. Cette introduction du fluide frigoporteur sous une forme liquide permet de maintenir le fluide frigoporteur dans la zone d'homogénéisation 81, homogène et en proportion souhaitée entre les phases liquide et solide. Le dispositif de stockage 1 comporte, également, des moyens d'introduction 25 du fluide frigoporteur à l'intérieur de l'enceinte 3, situés au niveau de la couche inférieure 7. Les moyens d'introduction 25 sont constitués par au moins un retour 26 du fluide frigoporteur ayant circulé dans un circuit externe 27 associé à un échangeur de chaleur, non représenté et dont l'entrée est réalisée par la sortie de fluide 14. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 7, le retour 26 est orienté tangentiellement par rapport à l'enceinte 3. Toutefois, ce retour tangentiel 26 est orienté de manière à créer, dans l'enceinte 3, un mouvement de fluide f2 selon un sens contraire à celui du mouvement de rotation fi des moyens de poussée 12. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enceinte de stockage 3 est équipée d'une crépine 28 s'étendant verticalement à l'intérieur de l'enceinte, à partir du fond 5 jusqu'à un niveau situé en dessous de la couche d'homogénéisation 81. La crépine 28 est destinée à retenir la phase solide de l'enceinte 3 et à récupérer la phase liquide du fluide frigoporteur pour l'amener à un générateur 30 de production du fluide frigoporteur avec une faible proportion de phase solide. Un tel générateur 30 comporte une sortie 31 débouchant dans l'enceinte au niveau de la couche inférieure 7 en étant tangentielle par rapport à l'enceinte 3, de manière à favoriser le mouvement f2 du fluide créé par le retour 26. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 7, le retour 26 et la sortie 31 débouchent dans l'enceinte 3 à un même niveau, de façon diamétralement opposée. Tel que cela ressort de la description qui précède, lors du fonctionnement, le fluide frigoporteur est homogénéisé dans la zone d'homogénéisation 81, à l'aide des moyens de poussée 12. Compte tenu de cette homogénéisation et de la présence d'une sortie de fluide 14 tangentielle au mouvement de rotation des moyens de poussée, il peut être obtenu une extraction simple et efficace du fluide sous une forme homogène. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1-Procédé de stockage d'un fluide frigoporteur diphasique consistant : - à disposer d'une enceinte de stockage (3) du fluide, isolée thermiquement et dans laquelle le fluide stocké se décante en une couche inférieure (7) relativement liquide et une couche supérieure relativement solide (8), - à introduire dans l'enceinte, le fluide à stocker, - et à extraire le fluide de l'enceinte au niveau de la couche supérieure (8), caractérisé en ce qu'il consiste : * à assurer la rotation selon un sens déterminé de moyens de poussée (12) répartis dans une zone d'homogénéisation (81) située dans la partie supérieure de la couche supérieure (8) pour assurer le déplacement et l'homogénéisation du fluide, * et à extraire le fluide, au niveau de la zone d'homogénéisation (81), selon une sortie tangentielle (14) par rapport au mouvement de rotation des moyens de poussée (12). 2-Procédé de stockage selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer la rotation de moyens de grattage (21) s'étendant dans la zone frontalière, entre la zone d'homogénéisation (81) et le reste de la couche supérieure (8), 3-Procédé de stockage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à asperger la zone d'homogénéisation par la phase liquide du fluide frigoporteur. 4-Procédé de stockage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer la rotation des moyens de poussée (12) qui sont adaptés pour assurer le déplacement du fluide du centre vers la périphérie de l'enceinte de stockage. 5-Procédé de stockage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à extraire le fluide selon la sortie tangentielle (14) orientée dans le même sens que celui du mouvement de rotation des moyens de poussée (12). 6-Procédé de stockage selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire, dans l'enceinte de stockage (3) au niveau de la couche inférieure (7), le fluide à stocker selon un retour (14) tangentiel par rapport à l'enceinte (3) pour créer un mouvement de fluide orienté selon un sens contraire à celui du mouvement de rotation des moyens de poussée (12). 7-Procédé de stockage selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à établir un ciel gazeux (9) entre la couche supérieure (8) et le couvercle (6) de l'enceinte. 8-Dispositif de stockage d'un fluide frigoporteur diphasique, comportant : - une enceinte de stockage (3) du fluide, isolée thermiquement et dans laquelle le fluide stocké se décante en une couche inférieure (7) relativement liquide et une couche supérieure (8) relativement solide, - des moyens d'introduction (25) du fluide à l'intérieur de l'enceinte, - et des moyens d'extraction (11) du fluide de l'enceinte au niveau de la couche supérieure (8), caractérisé en ce que les moyens d'extraction (11) sont constitués par : 'des moyens de poussée (12) répartis au moins selon un diamètre de l'enceinte, au niveau d'une zone d'homogénéisation (81) située dans la partie supérieure de la couche supérieure (8) et commandés en rotation selon un sens déterminé pour assurer le déplacement et l'homogénéisation du fluide, 'et au moins une sortie de fluide (14), tangentielle par rapport au mouvement de rotation des moyens de poussée (12) et située au niveau de la zone d'homogénéisation (81) de la couche supérieure. 9-Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de poussée (12) sont réalisés par au moins une série de doigts de poussée (16) répartis le long d'un bras (17) commandé en rotation et s'étendant diamétralement à l'intérieur de l'enceinte. 10-Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens de poussée (12) sont réalisés par au moins une série de déflecteurs (19) répartis le long du bras (17) et adaptés pour assurer le déplacement du fluide du centre vers la périphérie de l'enceinte. 11-Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les déflecteurs (19) sont répartis sur le bras (17), de manière qu'à chaque tour de rotation du bras, sensiblement la totalité de la surface de la couche supérieure (8) est couverte par les déflecteurs. 12-Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le bras (17) est monté pour être émergé ou immergé dans le fluide de la couche supérieure (8), les doigts de poussée (16) et/ou les déflecteurs (19) étant au moins en partie, immergés dans la couche supérieure (8). 13-Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'extraction (11) comportent des moyens de grattage (21) s'étendant dans la zone frontalière, entre la zone d'homogénéisation (81) et le reste de la couche supérieure (8), et entraînés en rotation, afin d'assurer une désagrégation de la phase solide. 14-Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de grattage (21) sont portés par les moyens de poussée (12). 15-Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens de poussée (12) sont commandés en rotation selon une vitesse comprise entre 2 et 60 tours/min et, de préférence, entre 5 et 20 tours/min. 16-Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la sortie tangentielle (14) est orientée dans un sens identique à celui du mouvement de rotation des moyens de poussée. 17-Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'introduction (25) du fluide à l'intérieur de l'enceinte sont situés au niveau de la couche inférieure (7) et constitués par au moins un retour (14) tangentiel à l'enceinte (3) et orienté pour créer un mouvement de fluide selon un sens contraire à celui du mouvement de rotation des moyens de poussée (12). 18-Dispositif selon l'une des revendications 8 à 17, caractérisé en ce que l'enceinte (3) est équipée d'une crépine (28) s'étendant verticalement à l'intérieur de l'enceinte, en dessous du niveau de la zone d'homogénéisation (81), communiquant avec un générateur (30) de fluide avec une phase solide, dont la sortie (31) débouche dans l'enceinte (3) au niveau de la couche inférieure (7) pour créer un mouvement de fluide orienté selon un sens contraire à celui du mouvement de rotation des moyens de poussée (12).