Brevet FR2960630A1 — publié le 20111202

L'invention concerne le domaine de la production et de la 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 liquides, généralement un mélange d'eau, et d'un autre liquide miscible avec l'eau, soit de l'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 de phase liquide est défini par le terme frigoporteur diphasique ou « coulis de glace » Le coulis de glace présente, par rapport aux fluides frigoporteurs monophasiques, des avantages non négligeables. En changeant partiellement d'état, ces frigoporteurs diphasiques liquide + solide mettent en oeuvre une chaleur latente de transformation (solide en liquide) et permettent un transport de froid par unité de volume beaucoup plus grand ce qui a pour avantage de réduire les débits volumiques en circulation. Ceci permet de diminuer notablement le débit des pompes et le diamètre des tuyauteries de distribution. Les coulis de glace sont formés dans des générateurs qui ont pour objet de générer des cristaux de glace qui sont entraînés par la phase liquide du fluide frigoporteur. Ces générateurs comportent des parois d'échange thermique balayées sur une face par le fluide frigoporteur et sur l'autre face par un fluide frigorigène. Ces parois d'échange thermique peuvent se présenter sous la forme d'un faisceau de tubes plats ou cylindriques faisant partie d'un premier circuit de fluide, ce faisceau étant disposé dans une chambre faisant partie d'un deuxième circuit de fluide. Le fluide frigoporteur s'écoule dans l'un des circuits, tandis que le fluide frigorigène s'écoule dans l'autre circuit. Les cristaux de glace se forment sur la face des parois du générateur balayé par le fluide frigoporteur et ont tendance à rester collés sur ces parois. Les conséquences directes sont une augmentation des pertes de charge, une baisse des échanges thermiques ; le but du générateur étant de fabriquer des cristaux il est donc nécessaire de prévoir des moyens pour détacher les cristaux formés sur les parois En général, on utilise des moyens mécaniques pour arracher la couche de glace formée sur les parois de l'échangeur. À cet effet, des lames ou des brosses raclent la couche ainsi formée et la glace est entraînée dans le circuit de distribution. Cette disposition oblige à utiliser des surfaces d'échange sous forme de cylindres à double paroi, le système racloir agissant à l'intérieur du cylindre (circuit fermé) soit à l'extérieur du cylindre (circuit ouvert). Ces générateurs de coulis, dits «à surface raclée » sont limités en dimension, donc en puissance avec des systèmes mécaniques de racloirs relativement fragiles. Ils sont coûteux et un accroissement de puissance exige une mise en parallèle de plusieurs générateurs, ce qui rend le procédé compliqué et volumineux. Dans d'autres générateurs de coulis de glace, dits à film tombant, on forme la glace sur une plaque verticale sur laquelle tombe un film d'eau ou de solution. La glace fournie en pied de plaque est ensuite broyée. Ici aussi, il faut des moyens mécaniques supplémentaires dans le générateur pour broyer les glaces obtenues. On peut également réaliser des coulis de glace par le procédé de surfusion. Ce procédé consiste à faire baisser la température du fluide frigoporteur en dessous de son point de congélation commençante, dans des conditions particulières, avant d'initier la cristallisation par des effets tels que les chocs thermiques ou mécaniques, ou par introduction d'agents nucléants. Mais cette technique est difficilement exploitable en pratique. On peut également réaliser du coulis de glace par le procédé par détachement des cristaux de glace d'un échangeur thermique générateur de frigoporteur diphasique liquide-solide, en faisant circuler par intermittence le fluide frigoporteur à une vitesse supérieure à la vitesse nominale afin de créer des turbulences qui entraînent le détachement des cristaux de glace formés, d'une part par arrachement et d'autre part simultanément par diminution ou arrêt de la production de froid sur les parois d'échanges. L'Invention s'est donnée pour but de proposer un nouveau procédé pour produire des cristaux de glace qui sont générés à partir du mélange d'un frigoporteur diphasique initial et d'un circuit commun mais provenant de deux sources ayant des caractéristiques physiques différentes. L'invention est basée sur la différence entre les caractéristiques physiques du frigoporteur diphasique liquide-solide d'une part à la sortie du générateur (Ge) et de l'autre part à la sortie du stock (St) du fait des températures et donc de la concentration de chaque source. L'invention est également basée sur le débit de la pompe (P2) à la sortie du stock qui est régulé en fonction d'une température prédéterminée à partir d'une sonde SI et d'un automate et pilotée en fonction de la température de sortie du mélange provenant du générateur (Ge) et du stock (St). L'invention est complétée avantageusement par un système de séparateur /filtre qui concentre d'un coté les cristaux du coulis de glace et de l'autre coté du coulis de glace liquide. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description du schéma de l'installation. La nomenclature comprend les différents appareils de gauche à droite Une installation frigorifique (PF) Un générateur de coulis de glace (Ge) Le séparateur-filtre (F) Le mélangeur (M) Un volume de stock de coulis de glace (St) Le ou les échangeurs de froid Utilisateur (U) Le circuit des tuyauteries du procédé comprend un ensemble d'accessoires et de segments de tuyauteries du circuit qui suivent la boucle de la pompe P1 et la boucle de la pompe P2 qui se rejoignent sur le mélangeur (M) Boucle N°1 à gauche Circuit (Cl) Une sonde de température (SI) Une pompe (P1) du circuit du générateur de coulis de glace Le générateur de coulis de glace (Ge) Circuit (C2) Un débitmètre (dm-1 ) Une sonde de température (S2) Boucle N°2 à droite Un volume de stock de coulis de glace (St) Circuit (C3) Un débitmètre (dm2) Une pompe (P2) à débit variable du procédé Une sonde de température (S3) Les deux boucles se rejoignent sur le mélangeur (M) du procédé Circuit (C4) Le séparateur-filtre (F) Vers Circuit (Cl) et coulis de glace liquide Vers Circuit (C5) et du coulis de glace concentré de cristaux Un débitmètre (drn3) Une sonde de température (S4) vers le stock Circuit (C6) Une pompe (P3) du circuit d'Utilisation Une sonde de température (S5) Une sonde de température (S6) Un débitmètre (dm4) De ou des échangeurs de froid L'invention du procédé est figurée au centre du schéma et comprend le système de mélangeur (M) et le séparateur-filtre (F) ainsi que la pompe (P2) à débit variable du procédé. cet ensemble comprend un automate recevant les informations des sondes S1,S2,S3,S4,S5 et débitmètres dml,dm2,drn3,dm4 et commandant les pompes PI,P2,P3. La boucle de gauche comprend la pompe (P1) le coulis de glace liquide venant du séparateur-filtre (F) et allant vers le générateur de coulis de glace (Ge) à sa sortie nous retrouvons du coulis de glace avec des cristaux se dirigeant vers le mélangeur (M)- Du coté de la boucle droite nous recevons le coulis de glace du stock (St) par la pompe (P2) qui se dirige également vers le mélangeur (M). A la sortie du mélangeur (M) le procédé a généré un complément de cristaux de glace qui se dirige vers le séparateur-filtre (F). Le débit de la pompe (P1) se dirige vers le générateur de coulis de glace (Ge) avec du coulis de glace liquide et le débit de la pompe (P2) se dirige vers le stock (St) chargé de concentré de cristaux de coulis de glace. 30 REVENDICATIONS1. Procédé pour générer des cristaux de glace produit dans un système de mélangeur (M) provenant de deux sources d'un frigoporteur diphasique liquide-solide initial mais de températures différentes et donc de concentrations différentes l'une à la sortie d'un générateur (Ge) de coulis de glace qui est déplacé par la pompe P1 dans le circuit C2 l'autre à la sortie du stock (St) de coulis de glace qui est déplacé par la pompe P2 dans le circuit C3 caractérisé par le fait qu'après le mélangeur (M) le système séparateur - filtre (F) sépare le coulis de glace de la partie liquide par le circuit Cl dirigé vers l'entrée du générateur (Ge) et de la partie chargée de cristaux de glace par le circuit C5 dirigée vers le volume de stock (St) et que le débit de la pompe P2 est régulé en fonction d'une température prédéterminée à partir d'une sonde SI et d'un automate. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la pompe P2 déplace un débit variable. 3. Procédé selon les revendications 1,2 caractérisé par le fait que la régulation de cet ensemble comprend un automate et un ensemble d'appareil de sondes de températures SI,S2,S3,S4,S5 et des débitmètres dm1,dm2,dm3,dm4.20