Brevet FR3010176A1 — publié le 20150306

Dispositif de génération de glace, mettant en oeuvre un échangeur cylindrique à double paroi, dont une paroi interne bimatériaux. Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la 5 fabrication des échangeurs de chaleur, en particulier ceux destinés à produire de la glace. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de génération de glace sous forme d'écailles, de grains ou bi-phasique, mettant en oeuvre un échangeur cylindrique (désigné par le terme « échangeur » dans la suite de la description) à double paroi délimitant 10 un espace de circulation pour un fluide frigorigène ou caloporteur. Selon une conception classique, un dispositif permettant de produire de la glace sous forme d'écailles comprend : - un échangeur sur la paroi interne duquel on fait s'écouler de l'eau qui va geler au contact de la paroi interne ; 15 - un ensemble mécanique contenu à l'intérieur de l'échangeur, et destiné à décoller la glace formée sur la paroi interne. Actuellement, l'échangeur est constitué d'une double paroi, à savoir une paroi interne et une paroi externe. Les deux parois ménagent 20 entre elles un espace annulaire sur la hauteur de l'échangeur, à l'intérieur duquel on fait circuler un fluide frigorigène apte à refroidir suffisamment la paroi interne pour que l'eau se transforme en glace au contact de cette paroi. L'ensemble mécanique est constitué par une fraise, montée 25 généralement libre en rotation sur un axe porté par un bâti monté rotatif autour d'un axe central, des moyens moteurs étant prévus pour entrainer en rotation le bâti de façon continue. La fraise a une hauteur correspondant sensiblement à celle de la paroi interne. Elle est montée de façon à venir décoller la glace formée sur cette paroi. 30 Selon une telle conception, un parfait fonctionnement du dispositif est obtenu avec une paroi interne présentant la caractéristique suivante : - la paroi interne présente une surface lisse ; - la paroi interne présente sur toute sa hauteur une section circulaire d'un diamètre constant, lui procurant par conséquent une forme cylindrique. Avec une telle paroi interne, on obtient un effet optimal de la fraise 5 contre la paroi interne. Bien entendu, les échangeurs de ce type doivent en outre satisfaire un certain nombre d'exigences, et notamment : - impliquer une faible charge en fluide frigorigène ou caloporteur ; 10 - être conforme au contact alimentaire ; - être conforme aux textes réglementaires en vigueur, et notamment à la directive des équipements sous pression ; - impliquer une pression de service compatible avec les fluides couramment utilisés dans l'industrie du froid ; 15 - présenter des performances élevées ; - pouvoir être fabriqués aisément, à faible coût et dans des délais courts. Bien entendu, le fluide frigorigène ou caloporteur utilisé est déterminant dans l'atteinte des performances du dispositif. 20 Traditionnellement, les fluides frigorigènes utilisés sont des fluides halogénés ou naturels (ammoniac-NH3) qui engendrent des pressions de service de l'ordre de 20 bars, ou encore des fluides naturels (dioxyde de carbone) qui entrainent des pressions bien supérieures, de l'ordre de 40 bars. Les dispositifs, en particulier les échangeurs, sont donc conçus 25 pour présenter une tenue mécanique adaptée à une telle pression. Selon une technique répandue, la paroi interne est réalisée en acier noir et est revêtue, pour assurer une surface propre et lisse, d'une épaisseur de chrome (du côté en contact avec la glace). Si la technologie est au point, l'acier noir chromé de la paroi 30 interne n'est pas totalement satisfaisante quant à sa capacité à constituer une surface apte au contact alimentaire, tel que défini par les normes en vigueur. Pour atteindre cette aptitude au contact alimentaire, il a été proposé de constituer la paroi interne des générateurs de glace intégralement en acier inoxydable. Toutefois, cela engendre deux problèmes majeurs, à savoir : - le coût des aciers inoxydables qui est très élevé (en comparaison avec l'acier noir) ; - l'énergie nécessaire au fonctionnement du générateur, notablement plus importante, les aciers inoxydables étant de moins conducteurs thermiques que l'acier noir. L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un générateur de glace, du type mettant en oeuvre un échangeur sur la paroi interne duquel on fait s'écouler de l'eau qui va geler au contact de la paroi interne, qui ait l'aptitude au contact alimentaire, ceci sans engendrer d'augmentation notable de consommation d'énergie. L'invention a également pour objectif de fournir un tel dispositif qui satisfait aux exigences classiques, s'agissant en particulier de pouvoir être fabriqué aisément, à cout faible et dans des délais courts. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un dispositif de génération de glace, en particulier de glace sous forme d'écailles, comprenant : - un échangeur à double paroi présentant une paroi interne et une paroi externe entre lesquelles circule un fluide frigorigène, la paroi interne ayant une forme cylindrique et étant d'une part en contact avec le fluide frigorigène et, d'autre part destinée à porter la glace en formation ; - un ensemble mécanique monté à l'intérieur de l'échangeur, destiné à décoller la glace formée sur la deuxième surface de la paroi interne. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que la paroi interne est réalisé en deux matériaux distincts dont un premier matériau forme un première surface apte au contact alimentaire, destinée à porter la glace en formation, et un deuxième matériau qui forme une deuxième surface en contact avec le fluide frigorigène. Ainsi, grâce à l'invention, on obtient un échangeur à double paroi 5 dont la paroi interne présente une aptitude au contact alimentaire telle que définie par les textes normatifs en vigueur, ceci avec une capacité d'échange thermique de la paroi interne avec le fluide frigorigène du même ordre que celle des échangeurs non alimentaires. Il en résulte qu'un générateur selon l'invention ne va quasiment pas entraîner 10 d'augmentation de consommation d'énergie par rapport aux générateurs dont la paroi interne de l'échangeur est intégralement en acier noir. Un échangeur avec une paroi interne selon l'invention, en plus de l'alimentarité indiscutable, procure donc un énorme avantage technique. En effet, une telle paroi interne pallie l'inconvénient d'une paroi 15 interne constituée uniquement d'un matériau apte au contact alimentaire, qui présente une capacité d'échange thermique très mauvaise, et qui, par conséquent, engendre une baisse de production de l'ordre de 20%, ce qui est évidemment considérable. Une telle baisse de production implique des dépenses de consommation d'énergie qui peuvent être 20 considérées comme rédhibitoires par certains utilisateurs. Avec une paroi interne selon l'invention, la production peut n'être réduite que de 7 à 10%, mais cette réduction est accompagnée d'une baisse sensible des coûts de revient par un moindre recours au matériau apte au contact alimentaire. 25 Selon une solution préférentielle, la paroi interne de l'échangeur présente l'une et/ou l'autre des caractéristiques suivantes : - le premier matériau est de l'acier inoxydable ; - le deuxième matériau est de l'acier noir. Avantageusement, la première surface et la deuxième surface 30 sont au contact l'une de l'autre sur toute la hauteur de l'échangeur. On améliore de cette façon l'échange thermique entre les deux surfaces de la paroi interne. Selon un mode de réalisation préféré, la première surface et la deuxième surface sont liées entre elles par un procédé de fusion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de deux modes de 5 réalisation préférentiels de l'invention, donnés à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un dispositif de génération de glace du type auquel s'applique l'invention ; - la figure 2 illustre en coupe une double paroi d'un dispositif 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention. En référence à la figure 1, on décrit un dispositif de génération de glace, en particulier de glace sous forme d'écailles, du type auquel s'applique l'invention. Tel qu'illustré par cette figure, un dispositif de génération de glace 15 comprend : - un échangeur 1 à double paroi, s'étendant entre une extrémité supérieure 10 et une extrémité inférieure 11 ; - un ensemble mécanique monté à l'intérieur de l'échangeur. La double paroi de l'échangeur comprend une paroi externe 12 et 20 une paroi interne 13 ménageant entre elles un espace de circulation pour un fluide frigorigène. L'échangeur 1 est réalisé de telle sorte que sa paroi interne 13 présente une forme cylindrique. Un conduit 140 constitue un conduit d'entrée du fluide frigorigène 25 à l'intérieur de l'espace 14 de circulation entre la paroi externe 12 et la paroi interne 13. Un conduit 141 constitue un conduit de sortie du fluide frigorigène à partir de l'espace 14 de circulation. De façon classique, le fluide frigorigène est introduit dans l'espace 14 par l'intermédiaire du conduit 140 en phase liquide. 30 II circule à l'intérieur de l'espace 14 en procédant à un échange de chaleur avec en particulier la paroi interne 13 de l'échangeur. Cet échange de chaleur entraine le passage du fluide frigorigène d'une phase liquide à une phase gazeuse. La phase gazeuse est récupérée à l'aide du conduit 141. L'échangeur peut être alimenté : en fluide frigorigène par pompe ou par détendeur ; en fluide caloporteur par pompe. L'ensemble mécanique à l'intérieur de l'échangeur comprend : - une fraise hélicoïdale 2 montée libre en rotation sur un arbre 20 vertical ; - un bâti support 21, portant l'arbre 20 et la fraise 2, solidaire d'un arbre central 22 ; - des moyens moteurs 23 destinés à entraîner en rotation le bâti 21. L'arbre central 22 de l'ensemble mécanique est monté de façon coaxiale avec l'axe central de la paroi interne 13. Le fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant : - la paroi interne 13 de l'échangeur 1 est arrosée avec un liquide à congeler ; - au contact de la paroi interne, le liquide gèle ; - la glace constituée par le liquide gelé en surface de la paroi interne 13 est décollée par la fraise 2 (montée de telle sorte qu'elle affleure la paroi interne 13) ; - la glace, sous forme d'écailles, chute par gravité à la base de l'échangeur. On note que la double paroi de l'échangeur est réalisée de telle 25 sorte que la paroi interne 13 est de forme cylindrique et présente une surface lisse ou essentiellement lisse. Selon le principe de l'invention, la paroi interne 13 est réalisée en deux matériaux distincts dont un premier matériau forme une première surface apte au contact alimentaire, destinée à porter la glace en 30 formation, et un deuxième matériau qui forme une deuxième surface en contact avec le fluide frigorigène. Tel qu'illustré par la figure 2, la paroi interne présente : - une première surface 130 apte au contact alimentaire, constituée selon un mode de réalisation préférentiel par une couche en acier inoxydable ; - une deuxième surface 131 en contact avec le fluide frigorigène, constituée selon un mode de réalisation préférentiel par une couche en acier noir. Selon une solution préférée, la première surface 130 et la deuxième surface 131 sont au contact l'une de l'autre sur toute la hauteur de l'échangeur et sont liées entre elles par un procédé de fusion. La liaison par un procédé de fusion entre la première surface 130 et la deuxième surface 131 permet d'obtenir une surface entre la première surface 130 et la deuxième surface 131 qui présente de nombreuses aspérités, ce qui améliore la qualité d'échange thermique entre la première surface 130 et la deuxième surface 131. Bien entendu, les épaisseurs des surfaces 130 et 131 sont déterminées pour résister aux pressions exercées sur l'échangeur, dues à la pression interne engendrée par le fluide frigorigène, et externe liée à l'ensemble mécanique, et plus précisément à l'action de la fraise sur la paroi interne.20 REVENDICATIONS1. Dispositif de génération de glace, en particulier de glace sous forme d'écailles, comprenant : - un échangeur (1) à double paroi présentant une paroi interne (13) et une paroi externe (12) entre lesquelles circule un fluide frigorigène, la paroi interne (13) ayant une forme cylindrique et étant d'une part en contact avec le fluide frigorigène et, d'autre part destinée à porter la glace en formation ; - un ensemble mécanique (2), (20), (21), (22), (23) monté à l'intérieur de l'échangeur, destiné à décoller la glace formée sur la deuxième surface de la paroi interne, caractérisé en ce que la paroi interne (13) est réalisée en deux matériaux distincts dont un premier matériau forme un première surface (130) apte au contact alimentaire, destinée à porter la glace en formation, et un deuxième matériau qui forme une deuxième surface (131) en contact avec le fluide frigorigène. 2. Dispositif de génération de glace selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier matériau est de l'acier inoxydable. 3. Dispositif de génération de glace selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième matériau est de l'acier noir. 4. Dispositif de génération de glace selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première surface (130) et la deuxième surface (131) sont au contact l'une de l'autre sur toute la hauteur de l'échangeur. 5. Dispositif de génération de glace selon la revendication 4, caractérisé en ce que première surface (130) et la deuxième surface (131) sont liées entre elles par un procédé de fusion.