Brevet FR2885996A1 — publié le 20061124

DISPOSITIF DE SEPARATION ET ASPIRATION DES COULIS DE GLACE STABILISEE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte aux dispositifs de conditionnement d'air, par exemple de locaux d'habitation ou de locaux du secteur tertiaire ou plus généralement d'un volume d'air défini à climatiser. Il existe plusieurs techniques qui permettent de remplir ces fonctions de climatisation ou de rafraîchissement. Il s'agit . des climatiseurs basés sur le principe de compression mécanique de vapeur, des systèmes à absorption (ammoniac-eau ou eau-bromure de Lithium), des systèmes de distribution de froid à partir d'un fluide frigoporteur. Dans les réseaux de distribution de froid, la technologie la plus courante utilise de l'eau glacée, à des températures comprises entre 7 et 12[deg]C, des frigoporteurs diphasiques, qui commencent à apparaître sur le marché; ils sont tous à base de solutions aqueuses, souvent alcooliques, ce qui rend leur utilisation possible à des températures inférieures à 0[deg]C. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne d'abord un système de climatisation à circulation de fluide contenant des particules à changement de phase, comprenant des moyens de refroidissement et un échangeur, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de séparation des particules du fluide. Selon l'invention, on utilise un fluide frigoporteur, comportant un fluide et des particules, ces dernières contenant elles mêmes un matériau à changement de phase liquide-solide. Ces particules sont véhiculées par un liquide porteur à bonne capacité thermique, mais ne sont pas miscibles avec ce fluide porteur, qu'elles soient à l'état solide ou liquide. La proportion massique de particules dans le fluide porteur peut-être variable; elle est adaptée aux capacités de pompage de l'installation. L'utilisation de ce fluide se fait dans une boucle fermée qui permet le transport des calories d'un volume chaud vers un volume froid. Le volume chaud est le volume d'air à refroidir ou le volume des pièces d'habitation ou de bureaux à climatiser. Il peut en outre comporter des moyens pour réinjecter au moins une partie du fluide refroidi dans le dispositif de séparation. Les particules peuvent être refroidies dans le dispositif de séparation à l'aide de ladite partie de fluide refroidi réinjectée dans ce dispositif. Un dispositif de séparation selon l'invention peut en outre comporter des moyens pour accroître la surface de contact entre le fluide refroidi réinjectée et les particules, par exemple des moyens de type chicane ou des moyens de brassage. Des moyens peuvent être prévus pour aspirer les particules en sortie du dispositif de séparation, par exemple des moyens de type venturi. Ces moyens peuvent être alimentés par une partie au moins du fluide refroidi. L'invention concerne également un procédé de climatisation dans lequel on fait circuler un fluide contenant des particules à changement de phase, comportant une étape de séparation des particules et du fluide, avant injection du fluide dans des moyens de refroidissement. La séparation des particules et du fluide peut se faire par filtration ou décantation par gravité ou centrifugation. Une partie du fluide refroidi peut être utilisée pour refroidir les particules séparées du fluide. Une autre partie du fluide refroidi peut être utilisée pour aspirer les particules séparées du fluide. Selon l'invention, on utilise de préférence un fluide frigoporteur diphasique particulier, comportant un coulis de glace stabilisée. Ce coulis comporte donc un matériau à changement de phase par exemple dans un gel ultra poreux. Les particules, qui ne sont pas nécessairement parfaitement sphériques, peuvent avoir une dimension maximale ou un diamètre compris entre environ 0,8 mm et 2,0 mm. Un tel coulis possède de bonnes propriétés thermiques pour remplacer les réseaux d'eau glacée. Outre le fait d'avoir une meilleure uniformité de la température et des débits plus faibles, ce fluide permet d'intégrer une fonction de stockage thermique permettant d'optimiser la taille des systèmes, de maximiser leur rendement et d'adapter les périodes de consommation énergétique. Le volume froid va être décrit ci-dessous. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 représente un dispositif selon l'invention, les figures 2A et 2B représentent des systèmes de chicane pouvant être utilisés dans un dispositif selon l'invention, - la figure 3 est un schéma d'aspiration par un système venturi. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Selon l'invention, on utilise un fluide 1 frigoporteur, comportant un fluide et des particules, ces dernières contenant elles mêmes un matériau à changement de phase liquide-solide. Ce fluide est dans un circuit fermé et étanche, dans lequel il circule en permanence. Des moyens 100 forment un convecteur ou un échangeur qui se trouve dans la pièce à climatiser : c'est ici que les particules changent de phase pour faire du froid. Comme illustré sur la figure 1, un dispositif selon l'invention comporte une cuve 2 qui permet de séparer les particules 5 du fluide porteur 3. Ces particules vont être refroidies dans cette même cuve et vont ensuite être aspirées à nouveau. Les moyens de séparation fluide particules sont donc associés à des moyens de circulation de fluide et des moyens d'aspiration des particules. La séparation de particules transportées par un liquide peut se faire par des méthodes connues telles que la filtration (séparation par un milieu poreux du genre tamis ou grille suffisamment fine), ou la décantation (séparation par gravité ; par exemple, cuve à décantation) ou la centrifugation (séparation sous l'action d'une force centrifuge). Selon l'invention, on utilise préférentiellement la décantation par gravité. A leur entrée 4 dans la cuve, les particules 5 se séparent du fluide porteur 3 par simple gravité et montent lentement à l'intérieur de la cuve 2, du fait de leur masse volumique plus faible que celle du fluide porteur. On peut ainsi obtenir une clarification complète, c'est-à-dire l'obtention d'un liquide complètement débarrassé de particules solides. De cette façon, seul le fluide porteur 3 est aspiré en partie basse de la cuve par une pompe 6, pour être ensuite refroidi en passant dans un groupe froid 8. En sortant de ce groupe froid 8 : - une partie 10 du fluide 9 refroidi est alors réinjectée dans la cuve 2, afin de maintenir constamment celle-ci à une température inférieure au point de solidification du matériau constituant les particules 5 ; - l'autre partie 14 du fluide 9 refroidi est destinée à l'aspiration 11 de particules ; Des moyens 15, par exemple un système de vannes 16, 17, permettent de régler les proportions de fluide 10, 14. Les particules profitent de leur trajet ascendant 5 pour se refroidir au contact du fluide porteur 10 refroidi puis réinjecté dans la cuve 2. Il y a alors échange à contact direct entre les particules et le liquide porteur 10. Le liquide porteur cède ses frigories aux particules, dont la température s'abaisse et qui se congèlent en passant de l'état liquide à l'état solide. Comme illustré en figures 2A et 2B, des systèmes de chicanes 26, 28, 30, peuvent être disposées à l'intérieur de la cuve 2, pour permettre d'augmenter le temps de séjour des particules 5 en contact du fluide refroidi 10, entre leur arrivée dans la cuve 2 et leur aspiration en partie supérieure 11. Ce temps de séjour est adapté pour permettre une congélation totale. Sur la figure 2A, les éléments repérés par les références 28 peuvent aussi être des parties mobiles tournant lentement, afin de réaliser un brassage permettant, lui aussi, d'augmenter le temps de séjour des particules 5 en contact du fluide refroidi. L'aspiration des particules se fait en partie supérieure 11 du dispositif par des moyens 20 d'aspiration, par exemple un système de venturi (par exemple tel que représenté sur la figure 3), alimenté par une partie 14 du fluide porteur, après son refroidissement dans le groupe froid 8. Les moyens 20 comportent par exemple une buse 30 d'injection du fluide porteur 14 et une chambre 32 de succion des particules 5. En sortie des moyens 20, l'ensemble 21 constitué du fluide et des particules froids sont injectés dans les moyens 100 de convecteur ou d'échangeur. Le fluide et les particules 1 ressortent de ces moyens 100 à température plus élevée que leur température d'entrée dans ces mêmes moyens. L'utilisation de l'invention présente l'avantage de ne pas faire passer les particules dans des pièces en mouvement (comme des parties tournantes de pompes), évitant donc toute dégradation du produit mais aussi dans les moyens de refroidissement où elles pourraient se déposer et bloquer la circulation du fluide. Selon l'invention, la congélation et le refroidissement des particules, qui constituent le coulis, se font par le contact direct entre le flux 5 de particules et la circulation 10 d'eau. La différence de densité entre ces deux corps favorise un mouvement ascendant des particules 5 à l'intérieur de la cuve, alors que l'eau est pompée en partie inférieure. Selon la présente invention on met en u̇vre un seul appareil qui intègre les fonctions d'échangeur et de stockeur de frigories. Ce dispositif additionne les possibilités de stockage de froid des particules, à la fois par chaleur sensible et par chaleur latente. L'invention peut s'adapter à différentes natures de particules, par exemple des particules encapsulées (afin de maintenir le matériau à changement de phase sous forme de granulés) ou insérés dans des matrices poreuses (gel ou structure solide). Un coulis pouvant être utilisé dans le cadre de l'invention est connu du document FR 2 830 077. Le dispositif décrit ci-dessus en liaison avec la figure peut être utilisé avec un échangeur 100 situé en aval. REVENDICATIONS 1. Système de climatisation à circulation de fluide contenant des particules à changement de phase, comportant des moyens (8) de refroidissement du fluide et un échangeur (100), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (2) de séparation des particules (5) du fluide (3), disposé avant l'échangeur. 2. Système selon la revendication 1, comportant en outre des moyens (15) pour réinjecter au moins une partie (10) du fluide refroidi dans le dispositif (2) de séparation. 3. Système selon la revendication 2, comportant en outre des moyens pour refroidir les particules dans le dispositif de séparation à l'aide de ladite partie (10) de fluide refroidi réinjectée dans ce dispositif. 4. Système selon la revendication 3, le dispositif (2) de séparation comportant des moyens (26, 28, 30) pour accroître le temps de contact entre le fluide refroidi réinjecté et les particules. 5. Système selon la revendication 4, les moyens pour accroître le temps de contact entre le fluide refroidi réinjecté et les particules comportant des moyens de type chicane ou des moyens de brassage. 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, comportant en outre des moyens (20) pour aspirer les particules en sortie du dispositif de séparation. 7. Système selon la revendication 6, comportant des moyens de type venturi pour aspirer les particules. 8. Système selon la revendication 7, les moyens de type venturi étant alimentés par une partie (14) du fluide refroidi pour aspirer les particules. 9. Procédé de climatisation dans lequel on fait circuler un fluide (1, 21) contenant des particules (5) à changement de phase, comportant une étape de séparation des particules (5) et du fluide (3), avant injection du fluide dans des moyens (8) de refroidissement du fluide. 10. Procédé selon la revendication 9, la séparation des particules et du fluide se faisant par filtration ou décantation par gravité ou centrifugation. 11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, une partie (10) du fluide refroidi étant utilisée pour refroidir les particules (5) séparées du fluide (3). 12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, une partie (14) du fluide refroidi étant utilisée pour aspirer les particules (5) séparées du fluide (3) .