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WO2025068650A1 - Generateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide et installation de production de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide comprenant au moins un tel generateur - Google Patents

Generateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide et installation de production de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide comprenant au moins un tel generateur Download PDF

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Publication number
WO2025068650A1
WO2025068650A1 PCT/FR2024/051232 FR2024051232W WO2025068650A1 WO 2025068650 A1 WO2025068650 A1 WO 2025068650A1 FR 2024051232 W FR2024051232 W FR 2024051232W WO 2025068650 A1 WO2025068650 A1 WO 2025068650A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid
enclosure
solid
generator
pressurized gaseous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/FR2024/051232
Other languages
English (en)
Inventor
Walid SAMAH
Anthony Delahaye
Pascal CLAIN
François RIOUAL
Laurence Fournaison
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Original Assignee
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement filed Critical Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Publication of WO2025068650A1 publication Critical patent/WO2025068650A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C1/00—Producing ice
    • F25C1/12—Producing ice by freezing water on cooled surfaces, e.g. to form slabs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C5/00—Working or handling ice
    • F25C5/02—Apparatus for disintegrating, removing or harvesting ice
    • F25C5/04—Apparatus for disintegrating, removing or harvesting ice without the use of saws
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C2301/00—Special arrangements or features for producing ice
    • F25C2301/002—Producing ice slurries

Definitions

  • Generator of liquid/solid two-phase refrigerant fluid and installation for producing liquid/solid two-phase refrigerant fluid comprising at least one such generator
  • the present invention relates to a generator of water-based liquid/solid two-phase refrigerant fluid from an at least partially solidifiable aqueous composition as well as an installation for producing liquid/solid two-phase refrigerant fluid comprising at least one such generator.
  • a generator of liquid/solid two-phase refrigerant fluid comprising an enclosure with a supply inlet for solidifiable aqueous composition and an outlet for discharging liquid/solid two-phase refrigerant fluid, a system for supplying pressurized gaseous fluid to the enclosure connectable to a source of pressurized gaseous fluid supply outside the enclosure, at least one fluid circulation circuit housed at least partially inside the enclosure, a volume called the interior volume of the enclosure, extending inside the enclosure around the fluid circulation circuit(s), this interior volume being free from any fluid communication with the or each fluid circulation circuit, the or each fluid circulation circuit communicating with the outside of the enclosure by at least one fluid inlet orifice and one fluid outlet orifice.
  • Scraped surface exchangers operate according to the following principle:
  • the cooling fluid circulates in an annular space between two concentric cylinders.
  • the evaporation of the cooling fluid absorbs the heat from the refrigerant circulating inside the smaller cylinder and a layer of solid then forms on the wall.
  • Rotating scraper blades tear off the solid, such as ice, formed which is carried into the fluid to provide a two-phase liquid/solid refrigerant.
  • This system is limited in power (several are required in parallel or in series) and the rotation of the blades requires a significant energy input. Furthermore, it is necessary to change the scraper blades regularly because they wear out over time.
  • Vacuum exchangers generate the two-phase liquid/solid refrigerant, also called ice slurry, by bringing the water to its triple point (0 °C and 610 Pa), where the three phases coexist (liquid/vapor/ice).
  • a turbine drives the water vapor and the ice formed is carried along with the liquid to form the slurry.
  • Supercooling exchangers are based on the principle of cooling water below its freezing temperature. An input of energy in thermal or mechanical form to the water allows it to be transformed into ice.
  • Chinese document CN 107906816 describes a liquid/solid two-phase refrigerant generator from an at least partially solidifiable aqueous composition.
  • This two-phase refrigerant generator comprises, as mentioned above, an enclosure with an inlet supply of solidifiable aqueous composition and a discharge outlet for liquid/solid two-phase refrigerant fluid, a system for supplying pressurized gaseous fluid to the enclosure connectable to a source of pressurized gaseous fluid supply outside the enclosure, at least one fluid circulation circuit housed at least partially inside the enclosure, a volume called the interior volume of the enclosure, extending inside the enclosure around the fluid circulation circuit(s), this interior volume being free from any fluid communication with the or each fluid circulation circuit, the or each fluid circulation circuit communicating with the outside of the enclosure by at least one fluid inlet orifice and a fluid outlet orifice.
  • the solidifiable aqueous composition circulates inside the or each fluid circulation circuit which can be immersed at least partially in the interior volume of the enclosure.
  • the internal volume of the enclosure is formed by a cooling fluid, this volume being connectable to a cold production unit external to the enclosure.
  • Compressed air is injected into the circulation circuit of the solidifiable aqueous composition coaxially with said circuit. Because the solidifiable aqueous composition circulates inside a fluid circulation circuit, there is a high risk of clogging of the circuit by the ice formed and the injection of compressed air proves to be ineffective on part of the circuit to ensure detachment of the ice formed.
  • JPH09021579 describes, in a similar manner, a circuit for circulating solidifiable aqueous composition at least partially immersible inside an enclosure filled with a fluid for cooling the solidifiable aqueous composition.
  • An aim of the invention is to propose a liquid/solid two-phase refrigerant fluid generator and an installation integrating such a liquid/solid two-phase refrigerant fluid generator, the simplified designs of which make it possible to reduce maintenance and the risks of breakdown without harming the quality of the liquid/solid two-phase refrigerant fluid produced.
  • the invention relates to a generator of liquid/solid two-phase refrigerant fluid from an at least partially solidifiable aqueous composition, said generator comprising an enclosure with a an inlet for supplying at least partially solidifiable aqueous composition and an outlet for discharging liquid/solid two-phase refrigerant fluid, a system for supplying pressurized gaseous fluid to the enclosure connectable to a source of pressurized gaseous fluid supply outside the enclosure, at least one fluid circulation circuit housed at least partially inside the enclosure, a volume, called the interior volume of the enclosure, extending inside the enclosure around the fluid circulation circuit(s), this interior volume being free from any fluid communication with the or each fluid circulation circuit, the or each fluid circulation circuit communicating with the outside of the enclosure by at least one fluid inlet and one fluid outlet, characterized in that the inlet for supplying at least partially solidifiable aqueous composition and the outlet for discharging liquid/solid two-phase refrigerant fluid from the enclosure are in fluid communication with the
  • the or each fluid circulation circuit is a cooling fluid circulation circuit connectable to a cold production unit external to the enclosure to form a cold part capable of allowing, by contact with the at least partially solidifiable aqueous composition contained in the interior volume of the enclosure, at least partial solidification of said aqueous composition. Thanks to the fact that the at least partially solidifiable aqueous composition is received in the interior volume of the enclosure formed by the volume of the interior of the enclosure arranged around the fluid circulation circuit(s), this results in a possibility of a large exchange surface with the fluid circulation circuit(s) with a reduced risk of taking into account mass of the entire solidifiable aqueous composition.
  • the flow of pressurized gaseous fluid projected onto the outer surface of the or at least one of the fluid circulation circuits by the or at least one of the pressurized gaseous fluid outlets arranged in the interior volume of the enclosure allows detachment of the solidified fluid composition upon contact with the or at least one of the fluid circulation circuits. This results in reduced maintenance.
  • This design also makes it possible to avoid clogging or blocking of the or at least one of the fluid circulation circuits.
  • the or each fluid circulation circuit is therefore, inside the enclosure, at least partially immersible in the solidifiable aqueous composition.
  • This solidifiable aqueous composition solidifies upon contact with the or each fluid circulation circuit and this solidified part is detachable from the fluid circulation conduit(s) by simply projecting a flow of pressurized gaseous fluid.
  • This design can also easily allow the production of a so-called homogeneous liquid/solid two-phase refrigerant fluid.
  • a homogeneous liquid/solid two-phase refrigerant fluid is understood to mean a liquid/solid two-phase refrigerant fluid whose solid concentration can be kept substantially constant in the slurry.
  • the cooling fluid of the or each fluid circulation circuit has a freezing temperature lower than the solidification temperature of the at least partially solidifiable aqueous composition.
  • At least a part of the or one of the fluid circulation circuits is, inside the enclosure, defined by one or more parallel plates, each plate being a hollow plate inside which the fluid is able to circulate.
  • At least a part of the or one of the fluid circulation circuits is present, inside the enclosure, in the form of one or more tubular windings.
  • the outer surface of the or at least one of the fluid circulation circuits is a textured surface or a surface treated with a coating, preferably non-stick such as Teflon. (registered trademark) or Polytetrafluoroethylene (PTFE) or a textured coating.
  • a coating preferably non-stick such as Teflon. (registered trademark) or Polytetrafluoroethylene (PTFE) or a textured coating.
  • the or at least one of the pressurized gaseous fluid outlets of the pressurized gaseous fluid supply system is a nozzle oriented towards the outer surface of the or at least one of the fluid circulation circuits.
  • the or at least one of the pressurized gaseous fluid outlets is configured so that at least a portion of the flow of pressurized gaseous fluid capable of being projected onto the surface of the or at least one of the fluid circulation circuits forms with the normal to the surface taken at the point where the flow meets said surface an angle of between 0° and 90°, preferably less than 88°. Preferably, the angle is between 5° and 88°.
  • the pressurized gaseous fluid supply system comprises at least one pressurized gaseous fluid outlet arranged in the lower volume of the enclosure and oriented towards the or at least one of the fluid circulation circuits.
  • the or at least one of the pressurized gaseous fluid outlets of the pressurized gaseous fluid supply system is an adjustable nozzle.
  • the system for supplying pressurized gaseous fluid to the enclosure comprises a closable connection capable of allowing the connection of the pressurized gaseous fluid outlet(s) to the source of supply of pressurized gaseous fluid outside the enclosure, this closable connection protruding at least partially from the enclosure.
  • the closable connection capable of allowing the connection of the pressurized gaseous fluid outlet(s) comprises at least one member for closing the connection and the generator comprises a control unit configured to control the closing member in the direction of opening and/or closing the connection.
  • the control unit is configured to control the closing member in the sense of opening and/or closing the connection can allow the outlets to be supplied with pressurized gaseous fluid continuously or discontinuously. This results in the possibility of obtaining a homogeneous two-phase liquid/solid refrigerant fluid more easily.
  • the pressurized gaseous fluid of the pressurized gaseous fluid supply system of the enclosure is compressed air.
  • the choice of such a gaseous fluid allows a lower cost of the liquid/solid two-phase refrigerant generator.
  • the invention also relates to an installation for producing liquid/solid two-phase refrigerant fluid from a solidifiable aqueous composition, said installation comprising a liquid/solid two-phase refrigerant fluid generator, a source of supply of pressurized gaseous fluid and a cold production unit to which the liquid/solid two-phase refrigerant fluid generator can be connected, characterized in that the liquid/solid two-phase refrigerant fluid generator conforms to that described above.
  • the cold production unit is a refrigeration installation comprising at least one primary cooling fluid circuit comprising at least one compressor, one expansion valve and one condenser arranged on said primary circuit, the or at least one of the primary circuits being connectable directly or via at least one heat exchanger to the or at least one of the cooling fluid circulation circuits housed at least partially inside the enclosure of the liquid/solid two-phase refrigerant generator.
  • FIG. 1 represents a schematic perspective view of an installation according to the invention
  • FIG. 2 represents a partial transparent view of a liquid/solid two-phase refrigerant fluid generator with a fluid circulation circuit in the form of plates;
  • FIG. 3 represents a partial sectional view of a two-phase liquid/solid refrigerant generator with a fluid circulation circuit in the form of plates;
  • FIG. 4 represents a sectional view of a two-phase liquid/solid refrigerant generator with a fluid circulation circuit in the form of plates;
  • FIG. 5 represents a schematic perspective view of an installation according to the invention with a generator whose fluid circulation circuit is in the form of a winding;
  • FIG. 6 represents a partial transparent view of a liquid/solid two-phase refrigerant generator with a fluid circulation circuit in the form of a winding
  • FIG. 7 represents a partial sectional view of a two-phase liquid/solid refrigerant generator with a fluid circulation circuit in the form of a winding;
  • FIG. 8 represents a partial sectional view of a two-phase liquid/solid refrigerant generator with a fluid circulation circuit in the form of a winding;
  • FIG. 9 represents a schematic view of a liquid/solid two-phase refrigerant production installation with a fluid circulation circuit integrated into the primary cooling fluid circuit of the refrigeration installation of the cold production unit;
  • FIG. 10 represents a schematic view of a liquid/solid two-phase refrigerant production plant with a fluid circulation circuit connected via a heat exchanger to the primary cooling fluid circuit of the refrigeration plant of the cold production unit.
  • the invention relates to a generator 1 of water-based liquid/solid two-phase refrigerant of the type partially shown in Figures 2 to 4 or 6 to 8, this generator 1 of liquid/solid two-phase refrigerant being able to be integrated into an installation 20, as shown in Figure 1 or Figure 5.
  • the liquid/solid two-phase refrigerant is a water-based liquid/solid two-phase refrigerant.
  • This liquid/solid two-phase refrigerant is produced by the solidification of an at least partially solidifiable aqueous composition.
  • the at least partially solidifiable aqueous composition can be diverse and varied. Generally, this composition comprises water and, preferably, an antifreeze. Thus, this composition can be in the form of a water/alcohol mixture, such as water/ethanol or water/glycol, a water/salt mixture, a water/urea mixture, etc. Alternatively, this solidifiable aqueous composition can be pure water. We can then speak of an ice slurry generator.
  • the generator 1 of liquid/solid two-phase refrigerant fluid comprises an enclosure 2 with an inlet 3 for supplying at least partially solidifiable aqueous composition and an outlet 4 for discharging liquid/solid two-phase refrigerant fluid.
  • This enclosure 2 generally comprises a body and a cover.
  • the enclosure 2 is cylindrical and the body is provided with portholes to view the interior of the enclosure 2.
  • the outlet 4 for discharging the liquid/solid two-phase refrigerant fluid is connected to a tank 14 for storing the liquid/solid two-phase refrigerant fluid produced as illustrated in figures 1 and 5.
  • the connection, between the outlet 4 for discharging the liquid/solid two-phase refrigerant fluid from the enclosure 2 and the tank 14 for storing the liquid/solid two-phase refrigerant fluid, shown at 15 in the figures, is a closable connection equipped with a closing member 16, such as a solenoid valve, to allow continuous and/or discontinuous emptying of the enclosure 2.
  • This storage tank 14 can be connected via a pump, shown at 25 in figures 8 and 9, to a consumption unit of said two-phase refrigerant fluid.
  • the inlet 3 for supplying at least partially solidifiable aqueous composition to the enclosure 2 can be connected to this consumption unit or to any source of at least partially solidifiable aqueous composition.
  • the pressurized gaseous fluid can be of various types.
  • this pressurized gaseous fluid can be nitrogen, carbon dioxide, hydrogen, methane, air, or a mixture of these gases.
  • the pressurized gaseous fluid of the pressurized gaseous fluid supply system of the enclosure 2 is compressed air.
  • the pressure of the pressurized gaseous fluid is generally between 4.10 5 Pa and 5.10 5 Pa in the case of compressed air.
  • the or each fluid circulation circuit 6 is a cooling fluid circulation circuit connectable to a cold production unit 22 outside the enclosure to form a cold part capable of allowing, by contact with the solidifiable aqueous composition contained in the interior volume 7 of the enclosure 2, at least partial solidification of said aqueous composition.
  • the cold production unit 22 can have a large number of forms.
  • This production unit 22 can be formed by at least one part of a refrigeration installation, at least one Peltier effect module or other.
  • the cold production unit 22 arranged outside the enclosure 2 is a refrigeration installation comprising a primary circuit 23 of cooling fluid comprising at least one compressor 231, an expansion valve 232 and a condenser 233 arranged on said primary circuit 23.
  • the fluid circulation circuit 6 can take different forms.
  • at least a part of the or one of the fluid circulation circuits 6 is, inside the enclosure 2, defined by one or more parallel plates 61, each plate 61 being a hollow plate inside which the fluid is able to circulate.
  • the detail of the circulation of the cooling fluid inside a plate 61 is visible in FIG. 4.
  • the pressurized gaseous fluid supply system 5 comprises at least one pressurized gaseous fluid outlet 10 arranged in the interior volume 7 of the enclosure 2 and oriented towards the or at least one of the fluid circulation circuits 6 to project a flow of pressurized gaseous fluid onto the surface of the or at least one of the fluid circulation circuits 6 to allow detachment of the at least partially solidifiable composition at least partially solidified in contact with the or at least one of the fluid circulation circuits 6.
  • At least one of the pressurized gaseous fluid outlets 10 is configured so that the flow of pressurized gaseous fluid, capable of being projected onto the surface of the or at least one of the fluid circulation circuits, forms with the normal to the surface taken at the point where the flow meets said surface, an angle of between 0° and 90°, preferably less than 88°.
  • the or at least one of the pressurized gaseous fluid outlets 10 can be configured so that the flow of pressurized gaseous fluid capable of being projected onto the surface of the or at least one of the fluid circulation circuits 6 forms with the normal to the surface, taken at the point where the flow meets said surface, an angle of between 0° and 90°, preferably less than 88°, more preferably of between 5° and 88°.
  • the source 21 of supply of pressurized gaseous fluid such as a compressed air tank
  • the primary cooling fluid circuit 23 of the cold production unit 22 is connected directly, or via a heat exchanger 24, to each cooling fluid circulation circuit 6.
  • the liquid/solid two-phase refrigerant fluid storage tank 14 is connected to the liquid/solid two-phase refrigerant fluid discharge outlet 4 of the enclosure 2 and an at least partially solidifiable aqueous composition is introduced into the enclosure 2 via the aqueous composition supply inlet 3 of the enclosure 2.
  • This storage tank 14 comprises a drain outlet.
  • this aqueous composition solidifies upon contact with the fluid circulation circuit(s) 6 to form a solid material, in particular a layer of ice on the surface of the or each fluid circulation circuit 6.
  • This layer of solid material is detached from the outer surface of the or each fluid circulation circuit 6 under the action of the pressurized gas flows, in this case compressed air, projected towards the fluid circulation circuit(s) 6 by the pressurized gaseous fluid outlets 10.
  • the opening of this connection can take place at regular or irregular time intervals, or continuously.
  • the operating conditions are as follows: the solidifiable aqueous composition is a 10% water/ethanol mixture.
  • the compressed air is injected at a pressure of between 4 and 5.10 5 Pa.
  • the liquid/solid two-phase refrigerant fluid, called ice slurry, is evacuated discontinuously.

Landscapes

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Abstract

Générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide comprenant une enceinte (2), un système d'alimentation en fluide gazeux sous pression de l'enceinte (2) raccordable à une source d'alimentation en fluide gazeux sous pression extérieure à l'enceinte, un circuit (6) de circulation de fluide logé au moins partiellement à l'intérieur de l'enceinte (2), un volume intérieur (7) de l'enceinte (2) s'étendant à l'intérieur de l'enceinte (2) autour du circuit (6) de circulation de fluide. L'entrée (3) d'alimentation en composition aqueuse solidifiable et la sortie (4) d'évacuation de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide de l'enceinte (2) sont en communication fluidique avec le volume intérieur (7) de l'enceinte (2) qui forme la partie de l'enceinte (2) servant à recevoir la composition aqueuse solidifiable. Le ou chaque circuit (6) de circulation de fluide est un circuit de circulation de fluide de refroidissement raccordable à une unité de production de froid extérieure à l'enceinte pour former une partie froide. Le système d'alimentation en fluide gazeux sous pression comprend au moins une sortie (10) de fluide gazeux sous pression disposée dans le volume intérieur (7) de l'enceinte (2) et orientée en direction du circuit (6) de circulation de fluide.

Description

Description
Titre de l'invention : Générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide et installation de production de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide comprenant au moins un tel générateur
[0001] La présente invention concerne un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide à base d’eau à partir d’une composition aqueuse au moins partiellement solidifiable ainsi qu’une installation de production de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide comprenant au moins un tel générateur.
[0002] Elle concerne, en particulier, un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide comprenant une enceinte avec une entrée d’alimentation en composition aqueuse solidifiable et une sortie d’évacuation de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide, un système d’alimentation en fluide gazeux sous pression de l’enceinte raccordable à une source d’alimentation en fluide gazeux sous pression extérieure à l’enceinte, au moins un circuit de circulation de fluide logé au moins partiellement à l’intérieur de l’enceinte, un volume appelé volume intérieur de l’enceinte, s’étendant à l’intérieur de l’enceinte autour du ou des circuits de circulation de fluide, ce volume intérieur étant exempt de toute communication fluidique avec le ou chaque circuit de circulation de fluide, le ou chaque circuit de circulation de fluide communiquant avec l’extérieur de l’enceinte par au moins un orifice d’entrée de fluide et un orifice de sortie de fluide.
[0003] Les générateurs de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide à base d’eau les plus fréquemment rencontrés sont les générateurs de coulis de glace. Les fluides frigoporteurs diphasiques liquide/solide sont fréquemment utilisés dans le domaine agro-alimentaire pour refroidir des ambiances (chambre froide, meuble de vente...) ou assurer, par contact direct avec les produits alimentaires, leur conservation. D’autres d’applications notamment dans le domaine du dessalement d’eau de mer sont également envisagées. A ce jour, il existe une dizaine de types de générateurs de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide, on peut citer : les générateurs à surface raclée, à surface brossée, à contact direct, à film tombant, sous vide, à surfusion, à lit fluidisé, à hydro raclage, par chauffage... Néanmoins seuls 3 types de générateurs sont utilisés à un niveau industriel classés par ordre d’importance du marché, les échangeurs à surface raclée, les échangeurs à surfusion et les échangeurs sous vide.
[0004] Les échangeurs à surface raclée fonctionnent selon le principe suivant : Le fluide de refroidissement circule dans un espace annulaire entre deux cylindres concentriques. L’évaporation du fluide de refroidissement permet d’absorber la chaleur du fluide frigoporteur qui circule à l’intérieur du plus petit cylindre et une couche de solide se forme alors à la paroi. Des lames racleuses mises en rotation arrachent le solide, tel que de la glace, formé qui est entrainé dans le fluide pour fournir un fluide frigoporteur diphasique liquide/solide. Ce système est limité en puissance (il en faut plusieurs en parallèle ou en série) et la rotation des lames nécessite un apport énergétique non négligeable. Par ailleurs, il est nécessaire de changer les lames racleuses régulièrement car elles s’usent avec le temps.
[0005] Les échangeurs sous vide génèrent le fluide frigoporteur diphasique liquide/solide, encore appelé coulis de glace, en amenant l’eau à son point triple (0 °C et 610 Pa), où les trois phases coexistent (liquide/vapeur/glace). Une turbine entraine la vapeur d’eau et la glace formée est entraînée avec le liquide pour former le coulis. Ces systèmes restent peu déployés et sont utilisés pour de fortes puissances. La technologie du procédé reste cependant très complexe.
[0006] Les échangeurs à surfusion sont basés sur le principe du refroidissement de l’eau en dessous de sa température de congélation. Un apport d’énergie sous forme thermique ou mécanique à l’eau permet de la transformer en glace.
[0007] La plupart de ces solutions sont énergivores. En outre, la conception de ces solutions oblige à une maintenance fréquente et les risques de panne ou de défaillance de telles solutions sont élevés.
[0008] Le document chinois CN 107906816 décrit un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide à partir d’une composition aqueuse au moins partiellement solidifiable. Ce générateur de fluide frigoporteur diphasique comprend, comme mentionné ci-dessus, une enceinte avec une entrée d’alimentation en composition aqueuse solidifiable et une sortie d’évacuation de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide, un système d’alimentation en fluide gazeux sous pression de l’enceinte raccordable à une source d’alimentation en fluide gazeux sous pression extérieure à l’enceinte, au moins un circuit de circulation de fluide logé au moins partiellement à l’intérieur de l’enceinte, un volume appelé volume intérieur de l’enceinte, s’étendant à l’intérieur de l’enceinte autour du ou des circuits de circulation de fluide, ce volume intérieur étant exempt de toute communication fluidique avec le ou chaque circuit de circulation de fluide, le ou chaque circuit de circulation de fluide communiquant avec l’extérieur de l’enceinte par au moins un orifice d’entrée de fluide et un orifice de sortie de fluide. La composition aqueuse solidifiable circule à l’intérieur du ou de chaque circuit de circulation de fluide immergeable au moins partiellement dans le volume intérieur de l’enceinte. Le volume intérieur de l’enceinte est formé par un fluide de refroidissement, ce volume étant raccordable à une unité de production de froid extérieure à l’enceinte. L’air comprimé est injecté dans le circuit de circulation de la composition aqueuse solidifiable de manière coaxiale audit circuit. Du fait que la composition aqueuse solidifiable circule à l’intérieur d’un circuit de circulation de fluide, il existe un risque élevé de colmatage du circuit par la glace formée et l’injection d’air comprimé s’avère peu efficace sur une partie du circuit pour assurer un décollement de la glace formée.
[0009] JPH09021579 décrit, de manière similaire, un circuit de circulation de composition aqueuse solidifiable immergeable au moins partiellement à l’intérieur d’une enceinte remplie d’un fluide de refroidissement de la composition aqueuse solidifiable.
[0010] Un but de l’invention est de proposer un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide et une installation intégrant un tel générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide dont les conceptions simplifiées permettent d’en réduire la maintenance et les risques de panne sans nuire à la qualité du fluide frigoporteur diphasique liquide/solide produit.
[0011] A cet effet, l’invention a pour objet un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide à partir d’une composition aqueuse au moins partiellement solidifiable, ledit générateur comprenant une enceinte avec une entrée d’alimentation en composition aqueuse au moins partiellement solidifiable et une sortie d’évacuation de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide, un système d’alimentation en fluide gazeux sous pression de l’enceinte raccordable à une source d’alimentation en fluide gazeux sous pression extérieure à l’enceinte, au moins un circuit de circulation de fluide logé au moins partiellement à l’intérieur de l’enceinte, un volume, appelé volume intérieur de l’enceinte, s’étendant à l’intérieur de l’enceinte autour du ou des circuits de circulation de fluide, ce volume intérieur étant exempt de toute communication fluidique avec le ou chaque circuit de circulation de fluide, le ou chaque circuit de circulation de fluide communiquant avec l’extérieur de l’enceinte par au moins un orifice d’entrée de fluide et un orifice de sortie de fluide, caractérisé en ce que l’entrée d’alimentation en composition aqueuse au moins partiellement solidifiable et la sortie d’évacuation de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide de l’enceinte sont en communication fluidique avec le volume intérieur de l’enceinte qui forme la partie de l’enceinte servant à recevoir la composition aqueuse au moins partiellement solidifiable, en ce que le ou chaque circuit de circulation de fluide est un circuit de circulation de fluide de refroidissement raccordable à une unité de production de froid extérieure à l’enceinte pour former une partie froide, et en ce que le système d’alimentation en fluide gazeux sous pression comprend au moins une sortie de fluide gazeux sous pression disposée dans le volume intérieur de l’enceinte et configurée pour projeter au moins une partie d’un flux de fluide gazeux sous pression au moins à la surface du ou d’au moins l’un des circuits de circulation de fluide.
[0012] Ainsi, le ou chaque circuit de circulation de fluide est un circuit de circulation de fluide de refroidissement raccordable à une unité de production de froid extérieure à l’enceinte pour former une partie froide apte à permettre, par contact avec la composition aqueuse au moins partiellement solidifiable contenue dans le volume intérieur de l’enceinte, une solidification au moins partielle de ladite composition aqueuse. Grâce au fait que la composition aqueuse au moins partiellement solidifiable est reçue dans le volume intérieur de l’enceinte formé par le volume de l’intérieur de l’enceinte disposé autour du ou des circuits de circulation de fluide, il en résulte une possibilité de surface d’échange importante avec le ou les circuits de circulation de fluide avec un risque réduit de prise en masse de l’ensemble de la composition aqueuse solidifiable. Le flux de fluide gazeux sous pression projeté à la surface extérieure du ou d’au moins l’un des circuits de circulation de fluide par la ou au moins l’une des sorties de fluide gazeux sous pression disposée dans le volume intérieur de l’enceinte permet un détachement de la composition de fluide solidifiée au contact du ou de l’un des circuits de circulation de fluide. Il en résulte une maintenance réduite. Cette conception permet également d’éviter un colmatage ou bouchage du ou d’au moins l’un des circuits de circulation de fluide. Le ou chaque circuit de circulation de fluide est donc, à l’intérieur de l’enceinte, au moins partiellement immergeable dans la composition aqueuse solidifiable. Cette composition aqueuse solidifiable se solidifie au contact du ou de chaque circuit de circulation de fluide et cette partie solidifiée est détachable du ou des conduits de circulation de fluide par simple projection d’un flux de fluide gazeux sous pression. Cette conception peut permettre également de manière aisée l’obtention d’un fluide frigoporteur diphasique liquide/solide dit homogène. On entend par fluide frigoporteur diphasique liquide/solide homogène, un fluide frigoporteur diphasique liquide/solide dont la concentration en solide peut être maintenue sensiblement constante dans le coulis Bien évidemment, le fluide de refroidissement du ou de chaque circuit de circulation de fluide présente une température de congélation inférieure à la température de solidification de la composition aqueuse au moins partiellement solidifiable.
[0013] Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins une partie du ou de l’un des circuits de circulation de fluide est, à l’intérieur de l’enceinte, définie par une ou plusieurs plaques parallèles, chaque plaque étant une plaque creuse à l’intérieur de laquelle le fluide est apte à circuler.
[0014] Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins une partie du ou de l’un des circuits de circulation de fluide se présente, à l’intérieur de l’enceinte sous forme d’un ou plusieurs enroulements tubulaires.
[0015] Selon un mode de réalisation de l’invention, la surface extérieure du ou d’au moins l’un des circuits de circulation de fluide, est une surface texturée ou une surface traitée par un revêtement, de préférence anti-adhésif tel que du Téflon (marque déposée) ou du Polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou un revêtement texturé.
[0016] Selon un mode de réalisation de l’invention, la ou au moins l’une des sorties de fluide gazeux sous pression du système d’alimentation en fluide gazeux sous pression est une buse orientée en direction de la surface extérieure du ou d’au moins l’un des circuits de circulation de fluide.
[0017] Selon un mode de réalisation de l’invention, la ou au moins l’une des sorties de fluide gazeux sous pression est configurée de sorte qu’au moins une partie du flux de fluide gazeux sous pression apte à être projeté à la surface du ou d’au moins l’un des circuits de circulation de fluide forme avec la normale à la surface prise au point de rencontre du flux avec ladite surface un angle compris entre 0° et 90°, de préférence inférieur à 88°. De préférence, l’angle est compris entre 5° et 88°.
[0018] Le système d’alimentation en fluide gazeux sous pression comprend au moins une sortie de fluide gazeux sous pression disposée dans le volume inférieur de l’enceinte et orientée en direction du ou d’au moins l’un des circuits de circulation de fluide.
[0019] Selon un mode de réalisation de l’invention, la ou au moins l’une des sorties de fluide gazeux sous pression du système d’alimentation en fluide gazeux sous pression est une buse orientable.
[0020] Selon un mode de réalisation de l’invention, le système d’alimentation en fluide gazeux sous pression de l’enceinte comprend une liaison obturable apte à permettre le raccordement de la ou des sorties de fluide gazeux sous pression à la source d’alimentation en fluide gazeux sous pression extérieure à l’enceinte, cette liaison obturable faisant au moins partiellement saillie de l’enceinte.
[0021] Selon un mode de réalisation de l’invention, la liaison obturable apte à permettre le raccordement de la ou des sorties de fluide gazeux sous pression comprend au moins un organe d’obturation de la liaison et le générateur comprend une unité de pilotage configurée pour commander l’organe d’obturation dans le sens d’une ouverture et/ou d’une fermeture de la liaison. Le fait que l’unité de pilotage soit configurée pour commander l’organe d’obturation dans le sens d’une ouverture et/ou d’une fermeture de la liaison peut permettre l’alimentation des sorties de fluide gazeux sous pression de manière continue ou discontinue. Il en résulte la possibilité d’obtenir de manière plus aisée un fluide frigoporteur diphasique liquide/solide homogène.
[0022] Selon un mode de réalisation de l’invention, le fluide gazeux sous pression du système d’alimentation en fluide gazeux sous pression de l’enceinte est de l’air comprimé. Le choix d’un tel fluide gazeux permet un coût moindre du générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide.
[0023] L’invention a encore pour objet une installation de production de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide à partir d’une composition aqueuse solidifiable, ladite installation comprenant un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide, une source d’alimentation en fluide gazeux sous pression et une unité de production de froid auxquelles le générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide est raccordable, caractérisée en ce que le générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide est conforme à celui décrit ci-dessus.
[0024] Selon un mode de réalisation de l’invention l’unité de production de froid est une installation frigorifique comprenant au moins un circuit primaire de fluide de refroidissement comprenant au moins un compresseur, un détendeur et un condenseur disposés sur ledit circuit primaire, le ou au moins l’un des circuits primaires étant raccordable directement ou via au moins un échangeur de chaleur à le ou au moins l’un des circuits de circulation de fluide de refroidissement logé au moins partiellement à l’intérieur de l’enceinte du générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide.
[0025] Brève description des dessins
[0026] L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
[0027] [Fig. 1] représente une vue schématique en perspective d’une installation conforme à l’invention ; [0028] [Fig. 2] représente une vue partielle en transparence d’un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide avec un circuit de circulation de fluide sous forme de plaques ;
[0029] [Fig. 3] représente une vue partielle en coupe d’un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide avec un circuit de circulation de fluide sous forme de plaques ;
[0030] [Fig. 4] représente une vue en coupe d’un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide avec un circuit de circulation de fluide sous forme de plaques ;
[0031] [Fig. 5] représente une vue schématique en perspective d’une installation conforme à l’invention avec un générateur dont le circuit de circulation de fluide est sous forme d’un enroulement ;
[0032] [Fig. 6] représente une vue partielle en transparence d’un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide avec un circuit de circulation de fluide sous forme d’un enroulement ;
[0033] [Fig. 7] représente une vue partielle en coupe d’un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide avec un circuit de circulation de fluide sous forme d’un enroulement ;
[0034] [Fig. 8] représente une vue partielle en coupe d’un générateur de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide avec un circuit de circulation de fluide sous forme d’un enroulement ;
[0035] [Fig. 9] représente une vue schématique d’une installation de production de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide avec un circuit de circulation de fluide intégré au circuit primaire de fluide de refroidissement de l’installation frigorifique de l’unité de production de froid ;
[0036] [Fig. 10] représente une vue schématique d’une installation de production de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide avec un circuit de circulation de fluide raccordé via un échangeur de chaleur au circuit primaire de fluide de refroidissement de l’installation frigorifique de l’unité de production de froid. [0037] Comme mentionné ci-dessus, l'invention concerne un générateur 1 de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide à base d’eau du type de celui représenté partiellement aux figures 2 à 4 ou 6 à 8, ce générateur 1 de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide étant intégrable dans une installation 20, telle que représentée à la figure 1 ou à la figure 5. Le fluide frigoporteur diphasique liquide/solide est un fluide frigoporteur diphasique liquide/solide à base d’eau. Ce fluide frigoporteur diphasique liquide/solide est issu de la solidification d'une composition aqueuse au moins partiellement solidifiable. La composition aqueuse au moins partiellement solidifiable peut être diverse et variée. Généralement, cette composition comprend de l'eau et, de préférence, un antigel. Ainsi, cette composition peut se présenter sous forme d'un mélange eau/alcool, tel que eau/éthanol ou eau/glycol, un mélange eau/sel, un mélange eau/urée etc. En variante, cette composition aqueuse solidifiable peut être de l'eau pure. On peut alors parler d’un générateur de coulis de glace.
[0038] Dans l'exemple représenté, la composition est un mélange eau/éthanol avec 10% en poids d'éthanol dans le mélange. Le fluide frigoporteur diphasique liquide/solide produit est par abus de langage appelé coulis de glace.
[0039] Le générateur 1 de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide comprend une enceinte 2 avec une entrée 3 d'alimentation en composition aqueuse au moins partiellement solidifiable et une sortie 4 d'évacuation de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide.
[0040] Cette enceinte 2 comprend généralement un corps et un couvercle. Dans l'exemple des figures, l'enceinte 2 est cylindrique et le corps est muni de hublots pour visualiser l'intérieur de l'enceinte 2. Généralement, la sortie 4 d'évacuation du fluide frigoporteur diphasique liquide/solide est raccordée à un réservoir 14 de stockage du fluide frigoporteur diphasique liquide/solide produit comme illustré aux figures 1 et 5. La liaison, entre la sortie 4 d'évacuation de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide de l’enceinte 2 et le réservoir 14 de stockage de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide, représentée en 15 aux figures, est une liaison obturable équipée d'un organe 16 d'obturation, tel qu'une électrovanne, pour permettre une vidange continue et/ou discontinue de l'enceinte 2. Ce réservoir 14 de stockage peut être raccordé via une pompe, représentée en 25 aux figures 8 et 9, à une unité de consommation dudit fluide frigoporteur diphasique.
[0041] L'entrée 3 d'alimentation en composition aqueuse au moins partiellement solidifiable de l'enceinte 2 peut être raccordée à cette unité de consommation ou à une source quelconque de composition aqueuse au moins partiellement solidifiable.
[0042] Le générateur 1 de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide comprend encore un système 5 d'alimentation en fluide gazeux sous pression de l'enceinte 2. Pour éviter une surpression de l’enceinte 2, l’enceinte 2 est équipée d’une soupape de décharge représentée en 17 à la figure 1 . Cette soupape 17 de décharge met en communication le volume intérieur 7 de l’enceinte 2 qui sera décrit ci-après avec l’extérieur de l’enceinte 2. Ce système 5 d'alimentation en fluide gazeux sous pression de l'enceinte est raccordable à une source 21 d'alimentation en fluide gazeux sous pression disposée à l'extérieur de l'enceinte 2 et visible à la figure 1 .
[0043] Le fluide gazeux sous pression peut être de nature variée. Ainsi, ce fluide gazeux sous pression peut être de l'azote, du dioxyde de carbone, de l'hydrogène, du méthane, de l'air, un mélange de ces gaz. Idéalement, le fluide gazeux sous pression du système d'alimentation en fluide gazeux sous pression de l'enceinte 2 est de l'air comprimé. La pression du fluide gazeux sous pression est généralement comprise entre 4.105 Pa et 5.105 Pa dans le cas de l’air comprimé.
[0044] Le générateur 1 de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide comprend encore au moins un circuit 6 de circulation de fluide logé au moins partiellement à l'intérieur de l'enceinte 2, et un volume s'étendant à l'intérieur de l'enceinte 2 autour du ou des circuits de circulation de fluide.
[0045] Ce volume, appelé volume intérieur 7 de l'enceinte 2 et correspondant à l'espace laissé libre à l'intérieur de l'enceinte 2 entre la paroi périphérique de l'enceinte 2 et le ou les conduits de circulation de fluide, est exempt de toute communication fluidique avec le ou chaque circuit 6 de circulation de fluide. [0046] Ainsi, l’enceinte 2 comprend, à l'intérieur de l'enceinte 2, une partie de son espace occupée par le ou les circuits 6 de circulation de fluide. Le ou chaque circuit 6 de circulation de fluide communique avec l'extérieur de l'enceinte 2 par un orifice d'entrée 8 de fluide et un orifice de sortie 9 de fluide. Le ou chaque circuit 6 de circulation de fluide est un circuit de circulation de fluide de refroidissement raccordable à une unité 22 de production de froid extérieure à l’enceinte pour former une partie froide apte à permettre, par contact avec la composition aqueuse solidifiable contenue dans le volume 7 intérieur de l'enceinte 2, une solidification au moins partielle de ladite composition aqueuse.
[0047] L’unité 22 de production de froid peut avoir un grand nombre de formes. Cette unité 22 de production peut être formée par au moins une partie d’une installation frigorifique, au moins un module à effet Peltier ou autre.
[0048] Dans l'exemple de la figure 9, l'unité 22 de production de froid disposée à l'extérieur de l'enceinte 2 est une installation frigorifique comprenant un circuit primaire 23 de fluide de refroidissement comprenant au moins un compresseur 231 , un détendeur 232 et un condenseur 233 disposés sur ledit circuit primaire 23.
[0049] Ce circuit 23 primaire peut être raccordable directement à le ou les circuits 6 de circulation de fluide logés, au moins partiellement, à l'intérieur de l'enceinte 2 du générateur 1 de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide. Dans ce cas, le circuit primaire se prolonge à l'intérieur de l'enceinte 2 par le ou les circuits 6 de circulation de fluide.
[0050] L'orifice d'entrée 8 de fluide et l'orifice de sortie 9 de fluide du circuit 6 de circulation de fluide dans l'enceinte 2 sont donc disposés sur le circuit primaire décrit ci-dessus.
[0051] En variante, et comme illustré à la figure 10, l'unité 22 de production de froid peut comprendre un circuit primaire 23 de fluide de refroidissement comprenant au moins un compresseur 231 , un détendeur 232 et un condenseur 233 disposé sur ledit circuit primaire 23. [0052] Ce circuit primaire peut être raccordable via au moins un échangeur 24 de chaleur à le ou au moins l’un des circuits 6 de circulation de fluide logé au moins partiellement à l'intérieur de l'enceinte 2 du générateur 1 .
[0053] Ainsi, un tel échangeur de chaleur présente deux circuits contigus pour un échange thermique entre les deux circuits, l'un des circuits étant formé par le circuit primaire, l'autre circuit par le circuit 6 de circulation de fluide de refroidissement. Le fluide, dit de refroidissement, du circuit 6 de circulation de fluide peut être de nature diverse en fonction de la conception de l'unité 22 de production de froid. Ainsi, ce fluide de refroidissement peut être un liquide ou un gaz. Ce fluide peut être un fluide de refroidissement, tel que de l’eau glycolée, de l’éthanol ou un fluide pouvant être à l’état liquide à une température inférieure à - 20°C, lorsque le circuit de circulation de fluide et le circuit primaire de l'installation frigorifique sont communs.
[0054] Lorsque ce circuit 6 de circulation de fluide est différent du circuit primaire, le fluide de refroidissement peut être de même nature que celui décrit ci-dessus mais à une concentration massique plus élevée. Dans l'exemple représenté, le fluide du circuit 6 de circulation de fluide est de l’eau glycolée.
[0055] Selon le mode d'échange thermique souhaité entre le circuit 6 de circulation de fluide de refroidissement et la composition au moins partiellement solidifiable contenue à l'intérieur du volume intérieur 7 de l'enceinte 2, le circuit 6 de circulation de fluide peut prendre des formes différentes. Ainsi, dans l'exemple représenté à la figure 2, au moins une partie du ou de l'un des circuits 6 de circulation de fluide est, à l'intérieur de l'enceinte 2, définie par une ou plusieurs plaques 61 parallèles, chaque plaque 61 étant une plaque creuse à l'intérieur de laquelle le fluide est apte à circuler. Le détail de la circulation du fluide de refroidissement à l'intérieur d'une plaque 61 est visible à la figure 4.
[0056] En variante, au moins une partie du ou de l’un des circuits 6 de circulation de fluide se présente, à l'intérieur de l'enceinte 2, sous forme d'un ou plusieurs enroulements 62 tubulaires comme illustré à la figure 6. A nouveau, le détail de la circulation du fluide de refroidissement à l'intérieur de l'enroulement 62 est visible à la figure 8. [0057] En pratique, la composition aqueuse au moins partiellement solidifiable pénètre dans le volume intérieur de l'enceinte par l'entrée 3 d'alimentation en composition aqueuse du volume intérieur 7. A l'intérieur du volume intérieur 7 de l'enceinte 2, la composition aqueuse au moins partiellement solidifiable se solidifie au moins partiellement au contact du circuit 6 de circulation de fluide de refroidissement qui forme une partie froide. La solidification s’opère sur la surface extérieure du circuit 6 de circulation du fluide de refroidissement. La couche solide par exemple de glace formée peut être d'épaisseur variable.
[0058] Pour améliorer la formation de ce solide tel que de la glace, la surface extérieure du circuit 6 de circulation de fluide de refroidissement peut être une surface texturée ou une surface traitée par un revêtement, de préférence antiadhésif tel que du Téflon (marque déposée) ou du Polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou un revêtement texturé. De même, la composition aqueuse au moins partiellement solidifiable contenue dans le volume intérieur 7 de l'enceinte 2 et dans laquelle baigne le circuit 6 de circulation de fluide peut être statique ou en écoulement, de manière ascendante ou descendante. Tous ces paramètres permettent d'influer sur la couche solide, telle que la couche de glace formée et par suite sur la qualité du fluide frigoporteur diphasique liquide/solide.
[0059] Le système 5 d'alimentation en fluide gazeux sous pression comprend au moins une sortie 10 de fluide gazeux sous pression disposée dans le volume intérieur 7 de l'enceinte 2 et orientée en direction du ou d’au moins l'un des circuits 6 de circulation de fluide pour projeter un flux de fluide gazeux sous pression à la surface du ou d'au moins l'un des circuits 6 de circulation de fluide pour permettre un détachement de la composition au moins partiellement solidifiable au moins partiellement solidifiée au contact du ou de l'un des circuits 6 de circulation de fluide.
[0060] Ce système 5 d'alimentation en fluide gazeux sous pression de l'enceinte 2 comprend une liaison 11 obturable apte à permettre le raccordement de la ou des sorties 10 de fluide gazeux sous pression à la source 21 d'alimentation en fluide gazeux sous pression extérieure à l'enceinte 2.
[0061] Cette liaison 11 obturable fait au moins partiellement saillie de l'enceinte 2.
Cette liaison obturable 11 apte à permettre le raccordement de la source 21 d'alimentation en fluide gazeux sous pression à la ou aux sorties 10 de fluide gazeux sous pression comprend au moins un organe 12 d'obturation de la liaison. Le générateur 1 de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide comprend au moins une unité 13 de pilotage configurée pour commander l'organe 12 d'obturation dans le sens d'une ouverture et/ou d'une fermeture de la liaison 11 pour permettre l'alimentation des sorties 10 de fluide gazeux sous pression de manière continue ou discontinue.
[0062] Dans l'exemple représenté à la figure 1 , l'organe 12 d'obturation de la liaison 11 obturable entre la source 21 d'alimentation en fluide gazeux sous pression et les sorties 10 de fluide gazeux sous pression est une électrovanne.
[0063] L'unité 13 de pilotage se présente, quant à elle, sous la forme d’un système électronique et informatique qui comprend par exemple un microprocesseur et une mémoire de travail. Selon un aspect particulier, l’unité de pilotage peut se présenter sous la forme d’un automate programmable. Autrement dit, les fonctions et étapes décrites peuvent être mise en œuvre sous forme de programme informatique ou via des composants matériels (p. ex. des réseaux de portes programmables). En particulier, les fonctions et étapes opérées par l’unité de pilotage ou ses modules peuvent être réalisées par des jeux d’instructions ou modules informatiques implémentés dans un processeur ou contrôleur ou être réalisées par des composants électroniques dédiés ou des composants de type circuit logique programmable (ou FPGA qui est l’acronyme de l’anglais field- programmable gate array, ce qui correspond littéralement à réseau de portes programmable in-situ) ou de type circuit intégré propre à une application (ou ASIC qui est l’acronyme de l'anglais application-specific integrated circuit, ce qui correspond littéralement à circuit intégré spécifique à une application). Il est aussi possible de combiner des parties informatiques et des parties électroniques. Lorsqu’il est précisé que l’unité ou des moyens ou modules de ladite unité sont configurés pour réaliser une opération donnée, cela signifie que l’unité comprend des instructions informatiques et les moyens d’exécution correspondants qui permettent de réaliser ladite opération et/ou que l’unité comprend des composants électroniques correspondants. [0064] Le nombre de sorties 10 de fluide gaz sous pression et leur disposition à l'intérieur de l'enceinte 2 peuvent être variables en fonction notamment de la conception du ou des circuits de circulation 6 de fluide. De préférence, la ou au moins l’une, de préférence chaque, sortie 10 de fluide gazeux sous pression est une buse orientable. L’orientation de la buse est choisie de manière à optimiser le décollement du solide formé par la composition aqueuse solidifiable.
[0065] Dans les exemples représentés aux figures 3 et 6, chaque sortie 10 de fluide gazeux sous pression est une buse orientée en direction de la surface du ou d’au moins l'un des circuits 6 de circulation de fluide à laquelle elle est associée.
[0066] Dans l'exemple de la figure 3, les sorties 10 de fluide gazeux sous pression sont organisées en deux séries de conception similaire. Les sorties 10 de fluide gazeux sous pression d'une même série sont disposées en parallèle le long de la partie de la liaison 11 obturable disposée à l'intérieur de l'enceinte 2, cette portion de la liaison se présentant sous forme d'un conduit le long duquel chaque sortie 10 de fluide gazeux sous pression est positionnée. Le circuit 6 de circulation de fluide se présente sous forme de plaques parallèles avec un bord supérieur, un bord inférieur et deux bords dits longitudinaux de liaison des bords supérieur et inférieur, et les sorties 10 de fluide gazeux sous pression d'une même série sont disposées, par exemple, chacune le long du bord supérieur desdites plaques, de part et d’autre desdites plaques.
[0067] Idéalement, au moins l'une des sorties 10 de fluide gazeux sous pression est configurée de sorte que le flux de fluide gazeux sous pression, apte à être projeté à la surface du ou d'au moins l'un des circuits de circulation de fluide, forme avec la normale à la surface prise au point de rencontre du flux avec ladite surface, un angle compris entre 0° et 90°, de préférence inférieur à 88°.
[0068] Dans l'exemple de la figure 7, où la partie du ou de chaque circuit 6 de circulation de fluide disposé à l'intérieur de l'enceinte 2 se présente sous forme d'un enroulement tubulaire, les sorties 10 de fluide gazeux sous pression d'une même série peuvent être disposées à écartement le long dudit enroulement. Les sorties 10 de fluide peuvent, pour certaines, être disposées à l’intérieur du volume délimité par l’enroulement et pour l’autre, à l’extérieur du volume hors tout de l’enroulement. [0069] A nouveau, la ou au moins l’une des sorties 10 de fluide gazeux sous pression peut être configurée, de sorte que le flux de fluide gazeux sous pression apte à être projeté à la surface du ou d’au moins l'un des circuits 6 de circulation fluide forme avec la normale à la surface, prise au point de rencontre du flux avec ladite surface, un angle compris entre 0° et 90°, de préférence inférieur à 88°, de préférence encore compris entre 5° et 88°.
[0070] Bien évidemment une même enceinte 2 peut comprendre plusieurs séries de sorties 10 de fluide gazeux sous pression et chaque liaison 11 obturable alimente en fluide gazeux sous pression au moins une série de sorties 10 de fluide gazeux sous pression.
[0071] En pratique, le fonctionnement d'une installation 20 de production de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide intégrant un tel générateur 1 est tel que suit.
[0072] On suppose que la source 21 d'alimentation en fluide gazeux sous pression, telle qu’un réservoir d’air comprimé, est raccordée par la ou les liaisons 11 obturables aux sorties 10 de fluide gazeux sous pression, et que le circuit 23 primaire de fluide de refroidissement de l'unité 22 de production de froid est raccordé directement, ou via un échangeur 24 de chaleur, à chaque circuit 6 de circulation de fluide de refroidissement.
[0073] Le réservoir 14 de stockage de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide est raccordé à la sortie 4 d'évacuation de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide de l'enceinte 2 et une composition aqueuse au moins partiellement solidifiable est introduite dans l'enceinte 2 via l'entrée 3 d'alimentation en composition aqueuse de l'enceinte 2. Ce réservoir 14 de stockage comprend une sortie de vidange.
[0074] Une partie de cette composition aqueuse se solidifie au contact du ou des circuits 6 de circulation de fluide pour former une matière solide, en particulier une couche de glace à la surface du ou de chaque circuit 6 de circulation de fluide. Cette couche de matière solide est détachée de la surface extérieure du ou de chaque circuit 6 de circulation de fluide sous l'action des flux de gaz sous pression, en l'occurrence d’air comprimé, projetés en direction du ou des circuits 6 de circulation de fluide par les sorties 10 de fluide gazeux sous pression. [0075] Les morceaux de matière solide, en particulier de glace, détachés se mélangent avec la composition aqueuse solidifiable, encore sous forme liquide, pour former le fluide frigoporteur diphasique liquide/solide évacuable dans le réservoir 14 de stockage de fluide frigoporteur diphasique à l'état ouvert de la liaison 15 raccordant la sortie 4 d'évacuation du fluide frigoporteur diphasique liquide/solide de l'enceinte 2 au réservoir 14 de stockage.
[0076] L'ouverture de cette liaison peut s'opérer à des intervalles de temps réguliers ou non, ou de manière continue.
[0077] Dans l'exemple illustré, les conditions opératoires sont telles que suit : la composition aqueuse solidifiable est un mélange eau/éthanol à 10%. L’air comprimé est injecté à une pression comprise entre 4 et 5.105 Pa. Le fluide frigoporteur diphasique liquide/solide, appelé coulis de glace, est évacué de manière discontinue.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide à partir d’une composition aqueuse au moins partiellement solidifiable, ledit générateur (1 ) comprenant une enceinte (2) avec une entrée (3) d’alimentation en composition aqueuse au moins partiellement solidifiable et une sortie (4) d’évacuation de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide, un système (5) d’alimentation en fluide gazeux sous pression de l’enceinte (2) raccordable à une source (21 ) d’alimentation en fluide gazeux sous pression extérieure à l’enceinte, au moins un circuit (6) de circulation de fluide logé au moins partiellement à l’intérieur de l’enceinte (2), un volume appelé volume intérieur (7) de l’enceinte (2), s’étendant à l’intérieur de l’enceinte (2) autour du ou des circuits (6) de circulation de fluide, ce volume intérieur (7) étant exempt de toute communication fluidique avec le ou chaque circuit (6) de circulation de fluide, le ou chaque circuit (6) de circulation de fluide communiquant avec l’extérieur de l’enceinte (2) par au moins un orifice d’entrée (8) de fluide et un orifice de sortie (9) de fluide, caractérisé en ce que l’entrée (3) d’alimentation en composition aqueuse au moins partiellement solidifiable et la sortie (4) d’évacuation de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide de l’enceinte (2) sont en communication fluidique avec le volume intérieur (7) de l’enceinte (2) qui forme la partie de l’enceinte (2) servant à recevoir la composition aqueuse au moins partiellement solidifiable, en ce que le ou chaque circuit (6) de circulation de fluide est un circuit de circulation de fluide de refroidissement raccordable à une unité (22) de production de froid extérieure à l’enceinte (2) pour former une partie froide, et en ce que le système (5) d’alimentation en fluide gazeux sous pression comprend au moins une sortie (10) de fluide gazeux sous pression disposée dans le volume intérieur (7) de l’enceinte (2) et configurée pour projeter au moins une partie d’un flux de fluide gazeux sous pression au moins à la surface du ou d’au moins l’un des circuits (6) de circulation de fluide.
[Revendication 2] Générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’au moins une partie du ou de l’un des circuits (6) de circulation de fluide est, à l’intérieur de l’enceinte (2), définie par une ou plusieurs plaques (61 ) parallèles, chaque plaque (61 ) étant une plaque creuse à l’intérieur de laquelle le fluide est apte à circuler.
[Revendication 3] Générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’au moins une partie du ou de l’un des circuits (6) de circulation de fluide se présente, à l’intérieur de l’enceinte (2) sous forme d’un ou plusieurs enroulements (62) tubulaires.
[Revendication 4] Générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface extérieure du ou d’au moins l’un des circuits (6) de circulation de fluide, est une surface texturée ou une surface traitée par un revêtement, de préférence anti-adhésif tel que du Téflon (marque déposée) ou du Polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou un revêtement texturé.
[Revendication 5] Générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la ou au moins l’une des sorties (10) de fluide gazeux sous pression du système (5) d’alimentation en fluide gazeux sous pression est une buse orientée en direction de la surface du ou d’au moins l’un des circuits (6) de circulation de fluide.
[Revendication 6] Générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la ou au moins l’une des sorties (10) de fluide gazeux sous pression est configurée de sorte qu’au moins une partie du flux de fluide gazeux sous pression apte à être projeté à la surface du ou d’au moins l’un des circuits (6) de circulation de fluide forme avec la normale à la surface prise au point de rencontre du flux avec ladite surface un angle compris entre 0° et 90°, de préférence inférieur à 88°.
[Revendication 7] Générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la ou au moins l’une des sorties (10) de fluide gazeux sous pression du système (5) d’alimentation en fluide gazeux sous pression est une buse orientable.
[Revendication 8] Générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système (5) d’alimentation en fluide gazeux sous pression de l’enceinte (2) comprend une liaison (11 ) obturable apte à permettre le raccordement de la ou des sorties (10) de fluide gazeux sous pression à la source (21 ) d’alimentation en fluide gazeux sous pression extérieure à l’enceinte (2), cette liaison (11 ) obturable faisant au moins partiellement saillie de l’enceinte (2).
[Revendication 9] Générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide selon la revendication 8, caractérisé en ce que la liaison (11 ) obturable apte à permettre le raccordement de la ou des sorties (10) de fluide gazeux sous pression comprend au moins un organe (12) d’obturation de la liaison (11 ) et en ce que le générateur (1 ) comprend une unité (13) de pilotage configurée pour commander l’organe (12) d’obturation dans le sens d’une ouverture et/ou d’une fermeture de la liaison (11 ).
[Revendication 10] Générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fluide gazeux sous pression du système d’alimentation en fluide gazeux sous pression de l’enceinte (2) est de l’air comprimé.
[Revendication 11] Installation (20) de production de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide à partir d’une composition aqueuse solidifiable, ladite installation (20) comprenant un générateur (1) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide, une source (21 ) d’alimentation en fluide gazeux sous pression et une unité (22) de production de froid auxquelles le générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide est raccordable, caractérisée en ce que le générateur (1) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide est conforme à l’une des revendications 1 à 10.
[Revendication 12] Installation (20) de production de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide selon la revendication 10, caractérisée en ce que l’unité (22) de production de froid est une installation frigorifique comprenant au moins un circuit primaire (23) de fluide de refroidissement comprenant au moins un compresseur (231 ), un détendeur (232) et un condenseur (233) disposés sur ledit circuit primaire (23), le ou au moins l’un des circuits primaires (23) étant raccordable directement ou via au moins un échangeur (24) de chaleur à le ou au moins l’un des circuits (6) de circulation de fluide de refroidissement logé au moins partiellement à l’intérieur de l’enceinte (2) du générateur (1 ) de fluide frigoporteur diphasique liquide/solide.
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