Brevet FR2854950A1 — publié le 20041119

Description L'invention concerne le domaine de la production et distribution du froid au moyen d'un fluide frigoporteur diphasique liquide + solide. Le fluide frigoporteur diphasique liquide + solide est constitué d'un mélange de deux fluides, généralement un mélange d'eau, et d'un autre fluide miscible avec l'eau, soit de 1 'éthanol, du méthanol, de l'ammoniac, du chlorure de calcium ou autre. Ce mélange est refroidi jusqu'à la température de cristallisation de l'eau. Les cristaux alors formés sont entraînés par le frigoporteur en phase liquide. Ce mélange de cristaux et d'une phase liquide est défini par le terme de frigoporteur diphasique dit coulis de glace'. 0 Le " coulis de glace " présente, par rapport aux fluides frigoporteur monophasique, des avantages majeurs. En changeant partiellement d'état, ces frigoporteurs diphasique liquide + solide mettent en oeuvre une chaleur latente de transformation (solide en liquide) qui permet de stocker l'énergie frigorifique et permet un transport d'énergie frigorifique par unité de volume beaucoup plus grand ce qui a pour avantage pour la 'S conception des installations de distribution de permettre de réduire le débit volumique en circulation et donc le dimensionnement des tuyauteries et des pompes de circulation ou pour les installations existantes dimensionnées pour le frigoporteur monophasique d'augmenter l'énergie frigorifique transportée. Les "coulis de glace " sont formés dans des générateur qui ont pour objet de générer Z0 des cristaux de glace qui sont entraînés par le phase liquide du fluide frigoporteur. Outre le générateur de coulis de glace repéré N 9, le circuit complet comprend un tank de stockage repéré N 7 dont le volume est défini selon les besoins, un réseau de tuyauteries et pompe(s) repérée(s) N 9a de circulation pour véhiculer le coulis de glace du générateur vers le stockage et un second réseau de tuyauteries, pompe(s) de).S circulation repérée(s) N 6a pour véhiculer le coulis de glace du stockage vers l'utilisation étant elle-même équipée d'échangeur(s) de chaleur repéré(s) N 6b et 6c, équipés éventuellement de pompes secondaire(s) et vannes, le tout clos à l'abris de l'air ambiant.. Ces échangeur de chaleur refroidissent directement un médium qui peut-être de l'air, ou directement des liquides divers, tels que des produits alimentaires 3Q (lait, bière, vin, jus de fruits etc.) ou des fluides issu de process chimiques. Pour simplifier nous appellerons cet ensemble " le système " . Il est très important pour la gestion du système de connaître à tout moment la quantité d'énergie frigorifique contenue dans le système ainsi que son évolution. La mesure continue de la concentration des cristaux de glace et de la température du système permettent de connaître l'évolution de l'énergie frigorifique potentielle du système. Le système peut être dans différentes phases: a) lorsque la concentration en cristaux augmente - la production est plus importante que la consommation le système est en phase de stockage il y a donc augmentation de l'énergie 15 potentielle en réserve dans le système. b) lorsque la concentration en cristaux diminue la consommation est plus importante que la production le système est en phase de déstockage donc diminution de l'énergie potentielle du système. to c) lorsque la concentration en cristaux est stable la production de cristaux est égale à la consommation le système est en équilibre Il existe un certain nombre d'appareils de mesure de concentration de glace, ils sont généralement très coûteux, adaptés à des mesure de laboratoires et peu à des mesures I;v industrielles. Ces appareils sont capables de mesurer en continu en un point donné d'une tuyauterie la concentration de glace véhiculé. Compte tenu des possibilités fonctionnelles évoquées cidessus il conviendrait de placer plusieurs appareils pour suivre les différentes phases de fonctionnement. Le tout associé à un système d'intégration et de mémorisation capable d'effectuer un calcul complexe de bilan entre 20 les recettes " durée de production " et dépenses " durée d'utilisation "... L'invention s'est donné pour objectif de proposer un procédé simple de mesure en continue d'énergie frigorifique potentielle produite ou consommée par une installation (13) employant un fluide frigoporteur diphasique dit coulis de glace, le procédé consiste à mesurer en continue les variations de volume du fluide de l'installation, 2E5 consécutive de la formation de cristaux induisant une dilation, ou consécutive de la fusion de cristaux induisant une rétraction et en y associant simultanément la mesure de température du fluide par des sondes ( 8,10) placées à des endroits appropriés de l'installation pour tenir également compte du phénomène de dilation et de la rétraction de la phase liquide du fluide. 0o La mesure en continu des variations de température et de volume du fluide de l'installation sont transmises à un ordinateur (12) qui calcule en continu l'énergie frigorifique potentielle de l'installation. L'ordinateur (12) calcule la quantité de glace hydrique sous forme de micro-cristaux contenu dans l'installation (13). La mesure des variations de volume du fluide de l'installation est assurée par la MS mesure des variations de niveau d'une colonne de fluide (2) dont le diamètre est défini et relié par une conduite (15) au fluide du circuit de l'installation (13), le ciel gazeux de la dite colonne de fluide étant pressurisé par la réserve (1) afin d'assurer une pression statique définie à l'ensemble de l'installation. Un autre moyen consiste à employer une mesure de pression hydrostatique produite par la hauteur de liquide de la l'O dite colonne de fluide (2), cette mesure de pression hydrostatique étant assurée par la mesure de la pression différentielle (3) entre la pression statique du ciel gazeux situé au dessus du niveau de la colonne de fluide et la pression statique en partie basse de la colonne. La pressurisation de l'installation (13) est obtenue par la raccordement du volume du ciel gazeux de la dite colonne (2) à un volume de gaz pressurisé (1) dimensionné pour que la pression résultante ne soit que faiblement influencée par les variations de niveau de fluide de la dite colonne. Le procédé permet de réaliser une vérification de la proportion des mélanges des constituants du fluide initial par la mesure au démarrage de l'installation de la température de cristallisation mesurée par la sonde 10 en concomitance avec la mesure de la modification de la pression différentielle (1 la) et (1 lb) ainsi que la modification du sens de l'évolution du niveau (4) dans la colonne (2). I Le procédé permet une grande souplesse d'adaptation selon les dimensions ou volume d'un système, du type du mélange, de la concentration du mélange. L'ordinateur dispose de logiciel qui contient les caractéristiques physique des différents types de fluides pouvant être utilisés. Selon la concentration du mélange l'ordinateur intègre les données issues de mesure 1 c en continu, calcule à tout instant la masse de glace hydrique présente dans le circuit, ainsi que l'énergie frigorifique qui en en découle. L'appareil de mesure fait office de vase d'expansion de l'installation. D'autres avantages et caractéristiques de l'installation ressortiront à la lecture du schéma et de la description de fonctionnement faits à titre d'exemple. Une figure 1 représente le schéma descriptif du procédé de l'invention placé dans son contexte. Repéré N 13 l'ensemble de l'installation de production, de stockage et d'utilisation de l'énergie frigorifique appelé " système " constitué par: Le générateur de coulis repéré N 9 p Le tank de stockage du coulis de glace repéré N 7 Les postes d'utilisation du froid repérés N 6b et N 6c Les pompes de circulation repérées N 6a et N 9a Les tuyauteries de diamètres différents par des traits Les sonde de température repérées N 8 et N 10 30 Les sondes de pression repérées N 1 la et N 1 lb Repérée N 15 une tuyauterie de liaison entre l'installation de mesure repérée N 14 et l'ensemble système repéré N 13 Repérée N 14 l'installation de mesure de la concentration en glace hydrique et donc de mesure de l'énergie frigorifique potentielle faisant également office de vase 35 d 'expansion (ou rétraction) objet de la présente invention constitué par: Une réserve de gaz pressurisée repérée N 1 munie de soupape de sécurité, manomètre, une source ponctuelle ou permanente d'air ou d'azote. La réserve repérée N 1 contient ou non une vessie ou (bâche extensible) pour contenir le volume pressurisé. Une colonne de fluide repérée N 2 dont le diamètre est calibré. Comprenant un 4O transmetteur de pression différentiel ou deux transmetteurs de pression distincts repéré N 3 et un indicateur de niveau repéré N 4. Un poste de comptage de charge volumétrique du fluide repéré N 5 et d'une sonde de température repérée N 5a, ce poste permet grâce à l'ordinateur de calculer la masse de fluide utilisé par la système. P4 Un ordinateur repéré N 12 recevant les informations des différents appareils de mesure repérés N 3 ou/et 4,1 la et 1 lb,8,10,5 et 5a. Description de fonctionnement de l'ordinateur N 12 d'après la figure 1 L'ordinateur est configuré avec des informations fondamentales telles que: Caractéristiques physiques des différents mélanges utilisables dans les différents systèmes: constituants du fluide: Eau + éthanol Eau + glycol (propylène glycol ou éthylène glycol) Io Eau + ammoniac etc. La chaleur spécifique du fluide à I 'état liquide, la température de cristallisation, le volume spécifique selon la température et la concentration des constituants. Les autres sources d'informations utilisées par l'ordinateur sont de deux ordres: sources dites d'étalonnage propre au système et sources de données variables. Données dites d'étalonnage du système: Le type de fluide et la proportion des mélanges utilisés sont en principe des éléments connus par l'opérateur, toutefois la proportion des mélanges mérite une vérification. Le procédé permet d'effectuer une vérification dite " auto étalonnage " des proportions des mélanges utilisés grâce à la mesure simultanément de température 2, repérée N 10 de première cristallisation du système, et de le pression différentielle repérées 1 la et 11 b. La masse globale de fluide dans le système est mesurée par la mesure du volume global repéré N 5 de fluide à une température donnée repérée N 5a. Données dites variables du système: 2i Mesure de températures repérées N 8 et 10 Mesures de pression de différentielle repérée N 3 ou mesure de niveau repérées N 4. A partir de l'ensemble de ces caractéristiques fondamentales et variables, l'ordinateur est à même d'indiquer la concentration de cristaux de glace dans le système et donc l'énergie frigorifique potentielle globale et sa variation dans le temps en tenant compte,o du stockage, de la production, de la consommation. Revendications 1/ Procédé de mesure en continue d'énergie frigorifique potentielle produite ou consommée par une installation (13) employant un fluide frigoporteur diphasique dit coulis de glace, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer en continue les variations de volume du fluide de l'installation, consécutive de la formation de cristaux induisant une S dilation, ou consécutive de la fusion de cristaux induisant une rétraction et en y associant simultanément la mesure de température du fluide par des sondes ( 8,10) placées à des endroits appropriés de l'installation pour tenir également compte cdu phénomène de dilation et de la rétraction de la phase liquide du fluide. 2/Procédé de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure en,Ao continu des variations de température et de volume du fluide de l'installation sont transmises à un ordinateur (12) qui calcule en continu l'énergie frigorifique potentielle de l'installation. 3/ Procédé de mesure selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'ordinateur (12) calcule la quantité de glace hydrique sous forme de micro-cristaux contenu dans,iS l'installation (13). 4/Procédé de mesure de variation du volume du fluide de l'installation selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer les variations de niveau (4) d'une colonne de fluide (2) dont le diamètre est défini et relié par une conduite (15) au fluide du circuit de l'installation (13), le ciel gazeux de la dite colonne h de fluide étant pressurisé par la réserve (1) afin d'assurer une pression statique [définie à l'ensemble de l'installation. 5/ Procédé de mesure selon la revendication 4 caractérisé en ce que la pressurisation de l'installation (13) est obtenue par la raccordement du volume du ciel gazeux de la dite colonne (2) à un volume de gaz pressurisé (1) dimensionné pour que la pression 2q résultante ne soit que faiblement influencée par les variations de niveau de fluide de la dite colonne. 6/Procédé de mesure selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer les variations du niveau d'une colonne de fluide (2) dont le diamètre est défini et relié par une conduite (15) au fluide du circuit de l'installation bO(1 3) en employant un moyen de mesure de pression hydrostatique produite par la hauteur de liquide de la dite colonne de fluide (2), cette mesure de pression hydrostatique étant assurée par la mesure de la pression différentielle (3) entre la pression statique du ciel gazeux situé au dessus du niveau de la colonne de fluide et la pression statique en partie basse de la colonne. ç 7/Procédé de mesure selon l'une ou l'autre des revendications 1,4,6 caractérisé en ce que une vérification de la proportion des mélanges des constituants du fluide initial par la mesure au démarrage de l'installation de la température de cristallisation mesurée par la sonde 10 en concomitance avec la mesure de la modification de la pression différentielle (1 la) et (1 lb) ainsi que la modification du sens de l'évolution du niveau 1t0(4) dans la colonne (2).