Brevet FR3004797A1 — publié le 20141024

-1- L'invention concerne le domaine de la réfrigération et particulièrement la génération de fluide frigoporteur diphasique liquide-solide à base d'eau ou coulis de glace utilisant un échangeur-évaporateur. L'état de l'art antérieur indique dans le domaine les brevets N° Fr 9906559 portant le N° de publication Fr 2794228 et EP00931340 portant le n° de publication EP1101071, et N° Fr 0201233 portant le N° de publication Fr 2835600, Ces brevets indiquent des procédés visant le détachement des cristaux de glace sur la surface d'échange d'un échangeur (fluide frigoporteur / fluide frigorigène) par élévation du débit et/ou de la température du frigoporteur coté frigoporteur de l'échangeur-évaporateur, ou par injection de gaz chaud coté fluide frigorigène dans l'échangeur-évaporateur, le procédé selon l'invention apporte une alternative nouvelle à cet objectif pour assurer le détachement des cristaux, notamment en évitant l'élévation de la température du frigoporteur à l'entrée de l'échangeur-évaporateur ou en évitant l'apport de chaleur issu du gaz de refoulement coté fluide frigorigène dans l'échangeur-évaporateur. Ces deux modalités mettent en jeux des quantités d'énergie thermique promptes à impacter sur le nombre d'équipements installés ou sur la dégradation de la performance énergétique du dispositif de production de coulis de glace. Le procédé selon l'invention permet le détachement de cristaux hydriques sur la surface interne d'un échangeur de chaleur (El) (fluide frigorigène / fluide frigoporteur) associé à un générateur de cristaux hydriques décrit par la figure 1 est constitué d'au moins un compresseur frigorifique (Cpl), d'un condenseur (C1), d'un système de détente (D1), d'un échangeur-évaporateur (El) (fluide frigorigène / fluide frigoporteur) équipé de deux vannes d'isolement (EV1) et (Ev2) et alimenté par une bouteille séparatrice (B1), l'échangeur-évaporateur est alimenté en frigoporteur (F2) par les conduites (FP1) et (FP2), le tout utilisant un fluide frigorigène (F1) et un fluide frigoporteur (F2) caractérisé en ce que une quantité de fluide frigorigène (F1) à l'état liquide à un niveau de température et de pression choisi issue de la sortie du condenseur (Cl) est injectée, pour une durée ajustée, coté fluide frigorigène dans l'échangeur (El) isolé de la bouteille nécessaire au détachement des cristaux hydriques fixés sur la surface interne d'échange de l'échangeur (El) coté frigoporteur et le maintien de la température du fluide frigoporteur (F2) à l'entrée du dit échangeur (El) noté FP2. Dans ces conditions les cristaux détachées sont exploitables à un produire un effet frigorifique direct. Selon un des modes de réalisation décrit par la figure 2, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le fluide frigorigène (F1) à l'état liquide issu de la sortie du condenseur (C1) est d'une part, dérivé complètement ou partiellement par une vanne -2- (EV3) placée sur une conduite (L3) raccordant la sortie du condenseur au système de détente (D1), et d'autre part, injecté par une conduite (L4) et une vanne (EV4) raccordée à la conduite (L3) en amont de EV3 et à l'entrée (E) en partie basse) de l'échangeur-évaporateur (El) coté fluide frigorigène pour une durée ajustée, pour assurer l'apport de chaleur nécessaire au détachement des cristaux hydriques fixés sur la surface interne d'échange de l'échangeur coté frigoporteur, une vanne (EVpm) placée à la sortie (S) (en partie haute) de l'échangeur (El) coté fluide frigorigène et raccordée à la bouteille séparatrice (B1) limite le cas échéant l'élévation de pression et la température coté frigorigène dans le dit échangeur (E1).Pour tous les modes suivants de réalisation, pendant l'opération de détachement des cristaux, le fluide frigorigène à la sortie de l'échangeur est alors refroidi avant d'alimenter le système de détente Dl. Selon un des modes de réalisation décrit par la figure 3, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le fluide frigorigène (F1) à l'état liquide issu de la sortie du condenseur (Cl) est d'une part, dérivé complètement ou partiellement par une vanne (EV3) placée sur une conduite (L3) raccordant la sortie du condenseur au système de détente (D1), et d'autre part, injecté par une conduite (L41) et une vanne (EV41) raccordée à la conduite (L3) en amont de EV3 et à la sortie (S) (en partie haute) de l'échangeur-évaporateur (El) coté fluide frigorigène, pour une durée ajustée, pour assurer l'apport de chaleur nécessaire au détachement des cristaux hydriques fixés sur la surface interne d'échange de l'échangeur coté frigoporteur, pendant ladite durée, le fluide frigorigène ressort de l'échangeur (El) par l'entrée (E) (en partie basse) de l'échangeur (El) par la conduite L51 et la vanne EV51 raccordée en aval de la vanne EV3 sur la conduite L3 qui alimente le système de détente (D1).Les modes de réalisation décrits ci-dessous visent à réduire la quantité de chaleur échangée pour l'opération de détachement des cristaux en évitant l'élévation de température du fluide contenu dans l'échangeur avant l'opération de détachement des cristaux. La quantité de chaleur échangée lors de l'opération de détachement des cristaux est limitée à l'élévation de température juste nécessaire de la masse métallique de l'échangeur assurant le détachement par élévation de la surface d'échange de l'échangeur El. Selon la figure 4, l'échangeur (El) est vidangé préalablement à l'opération de détachement des cristaux de l'essentiel de son contenu en fluide frigorigène liquide (F1) qu'il contient grâce à l'injection de fluide frigorigène à l'état de gaz issu de la sortie du compresseur (Cpl) par une conduite (L9) et une vanne de commande (EV9) raccordée à la sortie (S) (en partie haute) de l'échangeur El, le dit fluide est évacué de l'échangeur (El) par l'entrée (E) (en partie 3004 79 7 -3- basse) de l'échangeur (El) par la conduite (L51) et la vanne (EV51) raccordée en aval de la vanne (EV3) sur la conduite (L3) qui alimente le système de détente (D1), un détecteur de niveau (N1) placé en partie basse de l'échangeur (El) détecte la fin de la l'opération de vidange de l'échangeur (El) et le début de l'opération de 5 détachement des cristaux. Selon la figure 5, l'échangeur (El), est vidangé préalablement de l'opération de détachement des cristaux de l'essentiel de son contenu en fluide frigorigène liquide (F1) par gravité dans un réservoir (RI) par une conduite (L10) et une vanne de commande (EV10) raccordée à la partie basse de l'échangeur (El), un détecteur de niveau placé en partie basse de l'échangeur 10 détecte la fin de la l'opération de vidange de l'échangeur El et le début de l'opération de détachement des cristaux. Le réservoir (R1) est vidé du fluide frigorigène liquide qu'il contient après une opération de détachement des cristaux grâce la mise en surpression de sa partie supérieure par du fluide frigorigène à l'état de gaz issu de la sortie du compresseur (Cp1) par une conduite (L91) et une vanne de commande 15 (EV91), et dans sa partie inférieure grâce à la conduite (L52) et la vanne (EV52) raccordée en aval de la vanne (EV3) sur la conduite (L3) qui alimente le système de détente (D1), un détecteur de niveau (N2) placé en partie basse de réservoir (R1) détecte la fin de la l'opération de vidange dudit réservoir (R1). Le dispositif selon ses différents modes de réalisation permettent l'opération de détachement des cristaux 20 en limitant les équipements nécessaires, en réduisant l'énergie thermique échangée, en évitant l'élévation de la température du frigoporteur à l'entrée de l'échangeur-évaporateur ou l'apport de chaleur issu des gaz chaud à la sortie du compresseur qui dégrade la performance énergétique du dispositif de production du froid. Les modes de réalisation selon l'invention ne sont pas limitatifs. Le procédé selon l'invention permet notamment de faciliter l'usage de technologie d'échangeur à plaques dans le 25 domaine de la réfrigération ou du conditionnement d'air en limitant les équipements nécessaires pour assurer le détachement des cristaux et en préservant le coefficient de performance. REVENDICATIONS1/Procédé de détachement de cristaux hydriques sur la surface interne d'un échangeur de chaleur (El) (fluide frigorigène / fluide frigoporteur) associé à un générateur de cristaux hydriques 1 constitué d'au moins un compresseur frigorifique (Cp1), d'un condenseur (C1), d'un système de détente (D1), d'un échangeur- évaporateur (El) (fluide frigorigène / fluide frigoporteur) équipé de deux vannes d'isolement (EV1) et (Ev2) et alimenté par une bouteille séparatrice (B1), le tout utilisant un fluide frigorigène (F1) et un fluide frigoporteur (F2) caractérisé en ce que une quantité de fluide frigorigène (F1) à l'état liquide à un niveau de température et de pression choisi issue de la sortie du condenseur (C1) est injectée, pour une durée ajustée, coté fluide frigorigène dans l'échangeur (El) isolé de la bouteille séparatrice (B1) par les vannes d'isolement (EV1) et (EV2) pour assurer l'apport de chaleur nécessaire au détachement des cristaux hydriques fixés sur la surface interne d'échange de l'échangeur (El) coté frigoporteur et le maintien de la température du fluide frigoporteur (F2) à l'entrée du dit échangeur (El) 2/Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide frigorigène (F1) à l'état liquide issu de la sortie du condenseur (Cl) est d'une part, dérivé complètement ou partiellement par une vanne (EV3) placée sur une conduite (L3) raccordant la sortie du condenseur au système de détente (D1), et d'autre part, injecté par une conduite (L4) et une vanne (EV4) raccordée à la conduite (L3) en amont de EV3 et à l'entrée (E) en partie basse) de l'échangeur-évaporateur (El) coté fluide frigorigène pour une durée ajustée, pour assurer l'apport de chaleur nécessaire au détachement des cristaux hydriques fixés sur la surface interne d'échange de l'échangeur coté frigoporteur, une vanne (EVpm) placée à la sortie (S) (en partie haute) de l'échangeur (El) coté fluide frigorigène et raccordée à la bouteille séparatrice (B1) limite le cas échéant l'élévation de pression et la température coté frigorigène dans le dit échangeur (El), 3/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide frigorigène (F1) à l'état liquide issu de la sortie du condenseur (C1) est d'une part, dérivé complètement ou partiellement par une vanne (EV3) placée sur une conduite (L3) raccordant la sortie du condenseur au système de détente (Dl), et d'autre part, injecté par une conduite (L41) et une vanne (EV41) raccordée à la conduite (L3) en amont de EV3 et à la sortie (S) (en partie haute) de l'échangeur-évaporateur (El) coté fluide 3004 79 7 -5- frigorigène, pour une durée ajustée, pour assurer l'apport de chaleur nécessaire au détachement des cristaux hydriques fixés sur la surface interne d'échange de l'échangeur coté frigoporteur, pendant ladite durée, le fluide frigorigène ressort de l'échangeur (El) par l'entrée (E) (en partie basse) de l'échangeur (El) par la conduite 5 L51 et la vanne EV51 raccordée en aval de la vanne EV3 sur la conduite L3 qui alimente le système de détente (D1). 4/Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'échangeur (El) est vidangé préalablement à l'opération de détachement des cristaux de l'essentiel de son contenu en fluide frigorigène liquide (FI) qu'il contient grâce à l'injection de fluide 10 frigorigène à l'état de gaz issu de la sortie du compresseur (Cp1) par une conduite (L9) et une vanne de commande (EV9) raccordée à la sortie (S) (en partie haute) de l'échangeur El, le dit fluide est évacué de l'échangeur (El) par l'entrée (E) (en partie basse) de l'échangeur (El) par la conduite (L51) et la vanne (EV51) raccordée en aval de la vanne (EV3) sur la conduite (L3) qui alimente le système de détente (D1), 15 un détecteur de niveau (Ni) placé en partie basse de l'échangeur (El) détecte la fin de la l'opération de vidange de l'échangeur (El) et le début de l'opération de détachement des cristaux. 5/Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'échangeur (El), est 20 vidangé préalablement de l'opération de détachement des cristaux de l'essentiel de son contenu en fluide frigorigène liquide (F1) par gravité dans un réservoir (R1) par une conduite (L10) et une vanne de commande (EV10) raccordée à la partie basse de l'échangeur (El), un détecteur de niveau placé en partie basse de l'échangeur détecte la fin de la l'opération de vidange de l'échangeur El et le début de l'opération 25 de détachement des cristaux. 6/Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le réservoir (R1) est vidé du fluide frigorigène liquide qu'il contient après une opération de détachement des cristaux grâce la mise en surpression de sa partie supérieure par du fluide frigorigène à l'état de gaz issu de la sortie du compresseur (Cpl) par une conduite (L91) et une 30 vanne de commande (EV91), et dans sa partie inférieure grâce à la conduite (L52) et la vanne (EV52) raccordée en aval de la vanne (EV3) sur la conduite (L3) qui alimente le système de détente (D1), un détecteur de niveau (N2) placé en partie basse de réservoir (R1) détecte la fin de la l'opération de vidange dudit réservoir (R1).