EP0427648A1 - Procédé et dispositif de transfert de froid - Google Patents

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EP0427648A1
EP0427648A1 EP19900420483 EP90420483A EP0427648A1 EP 0427648 A1 EP0427648 A1 EP 0427648A1 EP 19900420483 EP19900420483 EP 19900420483 EP 90420483 A EP90420483 A EP 90420483A EP 0427648 A1 EP0427648 A1 EP 0427648A1
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EP
European Patent Office
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loop
fluid
coolant
circuit
circulation
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EP19900420483
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German (de)
English (en)
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EP0427648B1 (fr
Inventor
Adrien Laude-Bousquet
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MC RHONE ALPES;ADRIEN LAUDE GEB. BOUSQUET
Original Assignee
Thermique Generale Vinicole Ste
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    • 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
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D16/00—Devices using a combination of a cooling mode associated with refrigerating machinery with a cooling mode not associated with refrigerating machinery
    • 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
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/02—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/1189—Freeze condition responsive safety systems

Definitions

  • the present invention relates to the transfer or distribution of cold in a plurality of chambers to be cooled, from a single intermediate refrigerant fluid, itself cooled by heat exchange with a single refrigerant source.
  • enclosure is generally meant any heat source, that is to say any medium capable of directly or indirectly yielding heat. It may be a substantially closed enclosure, such as a cold room, a room for industrial or domestic use to be air conditioned, such as a dwelling house. It can also be a medium to be cooled, contained in a container or a so-called enclosure, such as a liquid or fluid charge; in this regard, to describe the present invention by way of example, reference will be made to the field of winemaking, and more specifically to the cooling of fermentation tanks, to thermally control or master this biological process.
  • a cold transfer method has been described as previously stated, for conditioning the air in several rooms or separate enclosures.
  • a circuit essentially closed, is established for the intermediate circulation of a coolant, namely brine - this fluid is cooled by direct heat exchange between the coolant in liquid form and a refrigerant, also in liquid form, in this case butane - for each enclosure to be cooled, a partial current of the coolant is derived from the intermediate circulation circuit, the medium to be cooled in the enclosure is cooled by heat exchange with the derivative partial current, and the heated partial current is returned , in the intermediate circulation circuit, downstream of the bypass of the last partial current taken from the coolant, according to the direction of circulation of the latter.
  • the refrigerating power delivered by the refrigerant is adjusted, relative to the total refrigerating power consumed in the plurality of chambers to be cooled, so as to have a circulating refrigerant fluid comprising two phases of the water in melting equilibrium, in this case brine and ice, mixed with each other in a homogeneous manner, and this at least in the part of the circulation circuit on which the partial currents are derived or spikes cooling.
  • each branch circuit ensures the circulation of a partial current of the two-phase refrigerating fluid, of relatively low flow rate, towards the enclosure to be cooled.
  • the ice crystals are likely to agglomerate, and to lead to a complete obstruction of each branch circuit, in particular during the periods of operation where the refrigerating power delivered can temporarily exceed the refrigerating power. total consumed.
  • Such an obstruction can also lead to deterioration of the circulation organs or control of the bypassed partial current flow, such as pumps, valves, etc.
  • the cooling capacity that can be transferred per unit volume of the refrigerant fluid circulating in the intermediate circuit appears limited, since ultimately part of the cold transferred to the various chambers results from the heating of the brine; the coolant fluid indeed reaches the heated liquid state, at the suction of the circulation pump.
  • each branch circuit downstream of the connection of the last branch circuit, on the intermediate circulation circuit, decreases the flow available for the following branch circuits, and therefore the frigories available for cooling the following speakers . There is therefore, in a way, a progressive exhaustion of the available cold, in the direction of circulation of the coolant.
  • this bypass mode leads, in the branch of the intermediate circuit supplying the different bypass circuits, to a much lower flow rate of the coolant downstream of the different nozzles, than upstream of the latter. This lower flow increases the risk of obstruction of the intermediate circuit itself, by the solidification of the various particles of the solid phase of the refrigerant fluid.
  • the present invention aims to remedy all these drawbacks.
  • the subject of the present invention is a method and device, of the preceding kind, making it possible to have a maximum of cold per unit volume of the refrigerant fluid in circulation, by virtue of the absorption of latent heat of fusion of said fluid, on practically the entire course of the intermediate circuit of said fluid in the two-phase state.
  • the invention also relates to a method and device allowing a circulation of the coolant fluid, without obstruction by the solid phase of said fluid, in each deflection circuit, but also at any place of the intermediate circuit.
  • the invention also relates to a method and device ensuring a regular distribution of the frigories available in the coolant, in all the circuits for deriving the partial flows of said fluid.
  • each heated partial liquid stream immediately downstream or upstream of the bypass of the same stream, that is to say respectively upstream of the derivation of the next partial current on the same loop, or downstream of the return of the derivation of the previous partial current.
  • each branch circuit in the intermediate circuit flows a relatively large flow current of the coolant in the two-phase state - each branch circuit is supplied by a sample from the liquid phase of the coolant, the partial current sampled and heated being returned next to the tap or drawing of the same liquid current sampled - each partial stream heated, in the liquid state, reinjected into the intermediate circulation circuit, is immediately cooled, by fusion of the solid phase of the coolant, before the latter circulates partly in the following branch circuit , or in the same branch circuit.
  • the refrigerating fluid comprises ice in pasty form, in a fusion balance in water. Since the ice floats above the water, a turbulent regime is established in the coolant, to maintain its pasty form, with dissolution of the ice.
  • a cold transfer installation makes it possible to cool a plurality of tanks 1a to 1h, placed in the same place, and containing for all or part of them a load of grapes or harvested grapes .
  • the tanks 1c and 1g have been shown in detail in FIG. 1.
  • An intermediate circuit 2 makes it possible to circulate a coolant fluid, namely two-phase water in melting equilibrium, these two phases being mixed with each other in a homogeneous manner, for example in the form of a paste or "sorbet", in which ice floats naturally in water.
  • This circuit has the form of a practically closed loop, the outlet 3b of which communicates with the suction of a pump 4, and the inlet of which 3a communicates with the discharge of the same circulation pump 4.
  • the intermediate circuit 2 is equipped with an expansion tank 5 and a filling valve 6, provided at its anti-scale device and filter outlet.
  • This circuit 2 is practically firm on itself, in the sense or outside of the tappings necessary for the evacuation and the supply of coolant, and those corresponding to the entry and the exit of each circuit of bypass, there is no other entry or exit of the coolant, which then turns in circles in loop 2, in the homogeneous two-phase state, practically at any point of said loop.
  • the coolant is freely transported, in the sense that there is no obstacle or organ, other than a pump 4 and the necessary control valves, crossed by the current of said fluid, and coming to thwart the circulation or flow of the latter.
  • Such members could for example be a filter through which the entire flow of the coolant fluid passes; according to the invention, such members are excluded from the path or path of the coolant in the loop.
  • the loop 2 can be produced by assembling or mounting plastic pipes, for example PVC, connected with suitable seals, for example elastomer seals called "tulip".
  • a thermally insulated reservoir 50 for generating and storing two-phase water in fusion equilibrium.
  • This reservoir or silo communicates with the loop 2, via an inlet duct 51 equipped with an endless screw 52 for supplying dough or "sorbet", on the suction side of the pump 4; this container communicates with the loop 2, via an outlet conduit 53, with a connection only in the liquid phase of the coolant fluid, upstream of the inlet conduit 51.
  • Internal means (not shown) for turbulence of the water and ice are associated with the container 50.
  • a bypass 54 takes the water in the liquid phase at the foot of the container 50, and returns a mixture of ice and water, at the head of the container 50.
  • This bypass is associated a primary heat exchanger 33, with a scraped surface, in which a refrigerant 21 circulates, belonging to a refrigeration unit.
  • each bypass circuit, for example 7c, associated with a tank, for example 1c essentially comprises a secondary heat exchanger 8, located in the tank, either within the charge during fermentation, either on its surface.
  • the inlet 9 of the exchanger 8 communicates with the intermediate loop 2, thanks to a nozzle controlled by a valve 10 and a pump 11.
  • the outlet 13 of the same exchanger communicates with the intermediary loop 2, in the form of a nozzle return controlled by a valve 12.
  • the input 9 of each branch circuit 7c is provided with a device, for example a grid 14, ensuring a withdrawal only in the liquid phase of the coolant 15, shown in Figures 2 and 3 under the form of a mixture of water and ice.
  • each outlet duct 13 of a bypass circuit 7 opens into the upper part of the intermediate circulation loop 2, so that the return of relatively hot water is make directly in the ice of the two-phase mixture.
  • a control system for example 20c, is associated with each tank, and includes a temperature detector (not shown), arranged on the heat exchanger 8, for example at its outlet , a flow adjustment member circulating in the bypass circuit, for example 7c, and an automatic means for controlling the same flow as a function of the temperature detected on the exchanger 8.
  • the control system 20 can act or on the pump 11, or on one or other of the control valves 10 and 12.
  • each bypass 7 associated with each tank 1 is taken from the liquid phase of the cooling fluid 15, that is to say from the water-ice mixture in sorbet.
  • the flow circulating in the branch 7 is controlled for each enclosure or tank 1, as a function of one or more parameters measured or detected.
  • the first parameter measured or detected is the temperature of the derivative current 7 reheated or being reheated in the exchanger 8.
  • a second parameter can be the temperature in the tank 1.
  • an intermediate loop 2 for circulation of the coolant fluid can be used according to any type of configuration.
  • this configuration is located on one and the same level, so that the coolant fluid essentially flows in the same horizontal plane.
  • the intermediate circulation loop 2 can be arranged in two levels, one upper marked 60, and the other lower marked 61.
  • connection arrangements between these two levels, shown in Figures 4 and 5 allow: - to establish in the descent to the lower level 61, a current of linear speed sufficiently large to carry with it the divided solid phase of the coolant, for example ice particles - and to keep the solid phase particles, at the level where they are, in the event of the installation being stopped, in particular in the event of the circulation pump 4 being stopped.
  • the descent to the lower level 61 is initiated, in top, by a siphon 62 mounted from bottom to top, and ends, at the bottom, by a siphon 63, normally mounted from top to bottom.
  • the cross-section of the internal vertical conduit 64 of descent between the two siphons 62 and 63 is smaller than the nominal section of the loop 2 of intermediate circulation, so as to increase the linear speed of descent of the coolant.
  • the solid phase gradually accumulating at the top of the siphon 62 is pushed into the vertical duct or column, by entrainment with the liquid phase of the coolant, playing the role of a hunt.
  • This same solid phase, in dispersed form, then passes the second siphon 63, and is found at the lower level 61.
  • the arrangement according to FIG. 4 therefore proves to be effective in avoiding any obstruction obstructing the solid phase of the refrigerant fluid.
  • the arrangement according to FIG. 5 is used when the refrigerant fluid has in the intermediate loop 2 a relatively large content of ice, for example exceeding 10 to 15% of the total volume of the latter.
  • the upper siphon 62 is deleted, but the lower siphon 63 retained.
  • the descent to the lower level 61 is therefore initiated by a normal bend in the loop 2, at right angles.
  • a pump 65 takes up part of the coolant fluid, only in liquid form, rises the flow rate thus withdrawn to the upper stage 6.0, and injects the flow flow back into an orifice 66 provided in the elbow 67, in the axis of the vertical descent conduit 64, the latter being at the nominal diameter of the circulation loop 2.
  • the outlet tap 13 of the bypass circuit is arranged upstream of the inlet tap 9 of the same circuit, according to the direction of circulation of the coolant fluid in the loop 2.
  • a non-return valve 70 is disposed on the outlet 13 between the exchanger 8 and the return connection. This arrangement avoids any circulation of the coolant fluid, in the event of the pump 11 being stopped.
  • the present invention can be applied outside the field of winemaking, for example can be used in air conditioning or for cold stores.

Abstract

La présente invention concerne un procédé et l'installation de transfert de froid. Selon l'invention, dans une boucle (2) intermédiaire, on fait circuler un fluide frigo-porteur se présentant sous forme diphasique, c'est-à-dire sous la forme d'un mélange homogène d'eau et de glace par exemple. Ce fluide est échangé en chaleur, d'un côté avec une source primaire de froid, et de l'autre côté avec les différentes sources secondaires de chaleur représentées par chaque enceinte (1) à erfroidir.

Description

  • La présente invention concerne le transfert ou distribution de froid dans une pluralité d'enceintes à refroidir, à partir d'un seul et même fluide frigo-porteur intermédiaire, lui-même refroidi par échange de chaleur avec une source frigorifique unique.
  • Par enceinte, on entend de manière générale toute source de chaleur, c'est-à-dire tout milieu susceptible de céder directement ou indirectement de la chaleur. Il peut s'agir d'une enceinte substantiellement fermée, telle qu'une chambre frigorifique, un local à usage industriel ou domestique à climatiser, tel qu'une maison d'habitation. Il peut aussi s'agir d'un milieu à refroidir, contenu dans un récipient ou une dite enceinte, tel qu'une charge liquide ou fluide ; à cet égard, pour décrire la présente invention à titre d'exemple, on se réfèrera au domaine de la vinification, et plus précisément au refroidissement de cuves de fermentation, pour contrôler ou maîtriser thermiquement ce processus biologique.
  • Conformément au document US-C-3 247 678, on a décrit un procédé de transfert de froid tel qu'énoncé précédemment, pour conditionner l'air dans plusieurs locaux ou enceintes séparés. Selon ce procédé :
    - on établit un circuit, fermé pour l'essentiel, de circulation intermédiaire d'un fluide frigo-porteur, à savoir d'une saumure
    - on refroidit ce fluide par échange de chaleur direct entre le fluide frigo-porteur sous forme liquide et un fluide frigorigène, également sous forme liquide, en l'occurrence du butane
    - pour chaque enceinte à refroidir, on dérive du circuit de circulation intermédiaire un courant partiel du fluide frigo-porteur, on refroidit le milieu à refroidir dans l'enceinte par échange de chaleur avec le courant partiel dérivé, et on renvoie le courant partiel réchauffé, dans le circuit de circulation intermédiaire, en aval de la dérivation du dernier courant partiel prélevé sur le fluide frigo-porteur, selon le sens de circulation de ce dernier.
  • Selon ce procédé, on règle la puissance frigorifique délivrée par le fluide frigorigène, par rapport à la puissance frigorifique totale consommée dans la pluralité des enceintes à refroidir, de manière à disposer d'un fluide frigo-porteur en circulation comportant deux phases de l'eau en équilibre de fusion, en l'occurrence de la saumure et de la glace, mélangées l'une à l'autre de manière homogène, et ce au moins dans la partie du circuit de circulation sur laquelle sont dérivés ou piques les courants partiels de refroidissement.
  • Un tel refroidissement présente divers inconvénients.
  • Tout d'abord, chaque circuit de dérivation assure la circulation d'un courant partiel du fluide frigo-porteur diphasique, de débit relatrivement faible, vers l'enceinte à refroidir. L'expérience montre que dans ces conditions les cristaux de glace sont susceptibles de s'agglomérer, et de conduire à une obstruction complète de chaque circuit de dérivation, en particulier dans les périodes de fonctionnement où la puissance frigorifique délivrée peut excéder temporairement la puissance frigorifique totale consommée. Une telle obstruction peut aussi conduire à la détérioration des organes de circulation ou contrôle du débit courant partiel dérivé, tels que pompes, vannes...
  • Ensuite, la puissance frigorifique pouvant être transférée par unité de volume du fluide frigo-porteur circulant dans le circuit intermédiaire apparaît limitée, puisqu'en définitive une partie du froid cédé aux différentes enceintes résulte du réchauffement de la saumure ; le fluide frigo-porteur parvient en effet à l'état liquide réchauffé, à l'aspiration de la pompe de circulation.
  • Pour terminer, le retour de chaque circuit de dérivation, en aval du piquage du dernier circuit de dérivation, sur le circuit intermédiaire de circulation, diminue le débit disponible pour les circuits de dérivation suivants, et donc les frigories disponibles pour le refroidissement des enceintes suivantes. Il y a donc en quelque sorte épuisement progressif du froid disponible, dans le sens de circulation du fluide frigo-porteur. Au surplus, ce mode de dérivation conduit, dans la branche du circuit intermédiaire alimentant les différents circuits de dérivation, à un débit du fluide frigo-porteur beaucoup plus faible en aval des différents piquages, qu'en amont de ces derniers. Ce débit plus faible augmente les risques d'obstruction du circuit intermédiare lui-même, par la prise en masse des différentes particules de la phase solide du fluide frigo-porteur.
  • La présente invention vise à remédier à tous ces inconvénients.
  • La présente invention a pour objet un procédé et dispositif, du genre précédent, permettant de disposer d'un maximum de froid par unité de volume du fluide frigo-porteur en circulation, grâce à l'absorption de chaleur latente de fusion dudit fluide, sur pratiquement tout les parcours du circuit intermédiaire dudit fluide à l'état diphasique.
  • L'invention a également pour objet un procédé et dispositif permettant une circulation du fluide frigo-porteur, sans obstruction par la phase solide dudit fluide, dans chaque circuit de dériavtion, mais aussi à tout endroit du circuit intermédiaire.
  • L'invention a également pour objet un procédé et dispositif assurant une distribution régulière des frigories disponibles dans le fluide frigo-porteur, dans tous les circuits de dérivation des débits partiels dudit fluide.
  • Selon l'invention, en combinaison :
    • a) le circuit de circulation intermédiaire consiste en une boucle de libre transport du fluide frigo-porteur, c'est-à-dire sans interruption ou passage dudit fluide au travers de tel ou tel organe autre qu'une pompe de circulation ou une vanne de contrôle, par exemple une capacité intermédiaire de stockage, ou un filtre ; et on règle la puissance frigorifique délivrée, la puissance frigorifique totale consommée, ainsi que le débit de circulation dans la boucle, de manière à obtenir en tout point de cette dernière un état diphasique homogène en équilibre de fusion
    • b) on dérive chaque courant partiel, uniquement sur la phase liquide du fluide frigo-porteur en circulation dans la boucle ; et on renvoie le courant partiel liquide réchauffé dans la même boucle.
  • Préférentiellement, selon le sens de circulation du fluide frigo-porteur dans la boucle, on, renvoie chaque courant liquide partiel réchauffé, immédiatement en aval ou en amont de la dérivation du même courant, c'est-à-dire respectivement en amont de la dérivation du courant partiel suivant sur la même boucle, ou en aval du retour de la dérivation du courant partiel précédent.
  • Grâce aux choix selon l'invention :
    - dans le circuit intermédiaire circule un courant de débit relativement important du fluide frigo-porteur à l'état diphasique
    - chaque circuit de dérivation est alimenté par un prélèvement sur la phase liquide du fluide frigo-porteur, le courant partiel prélevé et réchauffé étant renvoyé à côté du piquage ou puisage du même courant liquide prélevé
    - chaque courant partiel réchauffé, à l'état liquide, réinjecté dans le circuit intermdiaire de circulation, est immédiatement refroidi, par fusion de la phase solide du fluide frigo-porteur, avant que ce dernier ne circule pour partie dans le circuit de dérivation suivant, ou dans le même circuit de dérivation.
  • De cette manière, pour un dimensionnement relativement limité du circuit intermédiaire de circulation, notamment en section, il apparaît possible de transporter une quantité relativement importante de frigories vers les différentes enceintes à refroidir, et ce sans obstruction des différents circuits, et avec une distribution équilibrée des frigories vers les différents circuits de dérivation.
  • Préférentiellement, le fluide frigo-porteur comporte de la glace sous forme pâteuse, en équilibre de fusion dans de l'eau. Etant donné que la glace flotte au-dessus de l'eau, on établit un régime turbulent dans le fluide frigo-porteur, pour maintenir sa forme pâteuse, avec dissolu­tion de la glace.
  • La présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • - la figure 1 représente un dispositif ou installation de transfert de froid selon l'invention, dans le cadre d'une exploitation vinicole compor­tant une pluralité de cuves de fermentation d'une vendange
    • - la figure 2 représente, à échelle agrandie, une vue en coupe du piquage en phase liquide d'un circuit de dérivation, sur la boucle intermé­diaire du fluide frigo-porteur
    • - la figure 3 représente, à échelle agrandie, une vue en coupe du retour du courant partiel prélevé dans la boucle intermédiaire, à partir du même circuit de dérivation
    • - les figures 4 et 5 représentent deux modes de raccordement entre un niveau supérieur et un niveau inférieur d'une même boucle de circulation intermédiaire.
    • - la figure 6 représente un autre mode de branchement d'un circuit de dérivation sur la boucle intermédiaire.
  • Conformément à la figure 1, une installation de transfert de froid selon l'invention permet de refroidir une pluralité de cuves 1a à 1h, dispo­sées au même endroit, et renfermant pour tout ou partie d'entre elles une charge de raisins ou vendange en fermentation. Les cuves 1c et 1g ont été représentées de manière détaillée sur la figure 1.
  • Un circuit 2 intermédiaire permet de circuler un fluide frigo-porteur, a savoir de l'eau diphasique en équilibre de fusion, ces deux phases étant mélangées l'une à l'autre de manière homogène, par exemple sous forme d'une pâte ou "sorbet", dans lequel la glace flotte de façon naturelle dans l'eau. Ce circuit présente la forme d'une boucle pratiquement fermée, dont la sortie 3b communique avec l'aspiration d'une pompe 4, et dont l'entrée 3a communique avec le refoulement de la même pompe 4 de circulation. De manière traditionnelle, le circuit intermédiaire 2 est équipé d'un vase d'expansion 5 et d'une vanne de remplissage 6, pourvue a sa sortie d'un dispositif anti-tartre et d'un filtre.
  • Ce circuit 2 est pratiquement ferme sur lui-même, au sens ou en dehors des piquages necessaires à l'évacuation et à l'alimentation en fluide frigo-porteur, et de ceux correspondant à l'entrée et à la sortie de chaque circuit de dérivation, il n'existe aucune autre entrée ou sortie du fluide frigo-porteur, lequel tourne alors en rond dans la boucle 2, à l'état diphasique homogène, pratiquement en tout point de ladite boucle.
  • Dans la boucle 2, le fluide frigo-porteur est librement transporté, au sens où il n'existe aucun obstacle ou organe, autre qu'une pompe 4 et les vannes de contrôle necessaires, traversé par le courant dudit fluide, et venant contrarier la circulation ou flux de ce dernier. De tels organes pourraient être par exemple un filtre traversé par tout le débit du fluide frigo-porteur ; selon l'invention, de tels organes sont exclus du parcours ou trajet du fluide frigo-porteur dans la boucle.
  • Avantageusement, la boucle 2 peut être réalisée par l'assemblage ou montage de tuyaux en matière plastique, par exemple en PVC, raccordés avec des joints appropriés, par exemple des joints élastomères dits "tulipe".
  • Sur la boucle intermédiaire 2 est branche un réservoir 50 isolé thermiquement de génération et stockage de l'eau diphasique en équilibre de fusion. Ce réservoir ou silo communique avec la boucle 2, par un conduit d'entrée 51 équipé d'une vis sans fin 52 d'apport de pâte ou "sorbet", du côte de l'aspiration de la pompe 4 ; ce récipient communique avec la boucle 2, par un conduit de sortie 53, avec un piquage uniquement en phase liquide du fluide frigo-porteur, en amont du conduit d'entrée 51. Des moyens internes (non représentés) de mise en turbulence de l'eau et de la glace sont associes au récipient 50. Une dérivation 54 prélève l'eau en phase liquide au pied du récipient 50, et renvoie un mélange de glace et d'eau, en tête du récipient 50. A cette dérivation est associe un échangeur de chaleur primaire 33, à surface raclée, dans lequel circule un fluide 21 frigorigène, appartenant à un groupe frigorifique.
  • Comme montré pour les cuves 1c et 1g, chaque circuit de dérivation, par exemple 7c, associe a une cuve, par exemple 1c, comprend pour l'essentiel un échangeur de chaleur 8, secondaire, dispose dans la cuve, soit au sein de la charge en cours de fermentation, soit à sa surface. L'entrée 9 de l'échangeur 8 communique avec la boucle intermédiaire 2, grâce a un piquage contrôlé par une vanne 10 et une pompe 11. La sortie 13 du même échangeur communique avec la boucle intermédiaire 2, sous la forme d'un piquage retour contrôlé par une vanne 12. Comme représenté à la figure 2, l'entrée 9 de chaque circuit 7c de dérivation est pourvue d'un dispositif, par exemple une grille 14, assurant un prélève­ment uniquement en phase liquide du fluide frigo-porteur 15, représenté aux figures 2 et 3 sous la forme d'un mélange d'eau et de glace.
  • Conformément à la figure 3, l'extrémité aval 13 a de chaque conduit de sortie 13 d'un circuit 7 de dérivation débouche dans la partie haute de la boucle intermédiaire 2 de circulation, de telle sorte que le retour d'eau relativement chaude se fasse directement dans la glace du mélange diphasique.
  • Par ailleurs, comme montré aux cuves 1c et 1g, un système de contrôle, par exemple 20c est associe à chaque cuve, et comprend un détecteur de température (non représenté), disposé sur l'échangeur de chaleur 8, par exemple à sa sortie, un organe de réglage du débit circulant dans le circuit de dérivation, par exemple 7c, et un moyen automatique de commande du même débit en fonction de la température détectée sur l'échangeur 8. Le système de contrôle 20 peut agir ou sur la pompe 11, ou sur l'une ou l'autre des vannes de contrôle 10 et 12.
  • Grâce à l'installation précédemment décrite, on peut transférer du froid dans les différentes cuves 1a à 1h à refroidir, selon le processus suivant :
    - on établit dans le circuit 2 une boucle de circulation intermédiaire du fluide frigo-porteur, sous forme diphasique comme dit précédemment
    - ce fluide est refroidi, et donc maintenu en permanence sous forme diphasique, en dehors de la boucle 2, avec production de glace dans le silo 50, par échange de chaleur avec le fluide frigorigène 21 circu­lant dans l'échangeur primaire 33
    - au niveau de chaque cuve 1, dans le circuit de dérivation 7 corres­pondant, on dérive un courant en phase liquide du fluide frigo-porteur, on refroidit la charge dans la cuve 1 par échange de chaleur dans l'échan­geur secondaire 8, avec le courant dérivé du fluide frigo-porteur ; cet échange de chaleur provoque le réchauffement de la phase liquide du courant dérivé ; et enfin on renvoie le courant réchauffé dans la boucle intermédiaire 2
    dans cette dernière, le courant dérivé renvoyé est immédiatement refroidi à la température de gel, par fusion de la phase solide présente à cet endroit dans la boucle intermédiaire.
  • Comme le montre la figure 2, le courant circulant dans chaque dérivation 7 associée a chaque cuve 1 est prélevé sur la phase liquide du fluide frigo-porteur 15, c'est-à-dire du mélange eau-glace en sorbet.
  • Et grâce au système de contrôle 20 associé à chaque cuve 1, on commande le débit circulant dans la dérivation 7, pour chaque enceinte ou cuve 1, en fonction d'un ou plusieurs paramètres mesurés ou détectés. Le premier paramètre mesure ou détecté est la température du courant dérivé 7 réchauffé ou en cours de réchauffage dans l'échangeur 8. Un second paramètre peut être la température dans la cuve 1. Ces deux para­mètres permettent de détecter à tout moment la quantité de chaleur dégagée dans la cuve, pendant la phase de fermentation. Par analyse de l'évolution de l'une quelconque de ces températures, on peut ainsi détecter le besoin réel de froid de la cuve, et anticiper ou moduler l'apport frigori­fique à cette dernière.
  • Conformément à l'invention, une boucle intermédiaire 2 de circula­tion du fluide frigo-porteur peut être utilisée selon tout type de configura­tion. Selon la figure 1, cette configuration se situe sur un seul et même niveau, de telle sorte que le fluide frigo-porteur circule pour l'essentiel dans un même plan horizontal. Mais, conformément aux figures 4 et 5, la boucle de circulation intermédiaire 2 peut être disposée selon deux niveaux, l'un supérieur repéré 60, et l'autre inférieur repéré 61. Dans ce cas, les dispositions de raccordement entre ces deux niveaux, repré­sentées aux figures 4 et 5 permettent :
    - d'établir dans la descente vers le niveau inférieur 61, un courant de vitesse linéaire suffisamment importante pour entraîner avec lui la phase solide divisée du fluide frigo-porteur, par exemple les particules de glace
    - et de conserver les particules de phase solide, au niveau où elles se trouvent, en cas d'arrêt de l'installation, en particulier en cas d'arrêt de la pompe de circulation 4.
  • Pour une circulation intermédiaire du fluide frigo-porteur, avec une faible teneur en phase solide, par exemple de l'ordre de 10 à 15 % du volume en circulation, conformément à la figure 4 la descente vers le niveau inférieur 61 est amorcé, en haut, par un siphon 62 monté de bas en haut, et se termine, en bas, par un siphon 63, monté normalement de haut en bas. La section du conduit interne 64 vertical de descente entre les deux siphons 62 et 63 est plus faible que la section nominale de la boucle 2 de circulation intermédiaire, de manière à augmenter la vitesse linéaire de descente du fluide frigo-porteur. Grâce à cette disposi­tion, la phase solide s'accumulant petit-à-petit au haut du siphon 62, se trouve poussée dans le conduit ou colonne verticale, par entraînement avec la phase liquide du fluide frigo-porteur, jouant le rôle d'une chasse. Cette même phase solide, sous forme dispersée, passe ensuite le deuxième siphon 63, et se retrouve au niveau inférieur 61. La disposition selon figure 4 s'avère donc efficace pour éviter tout bouchon obstructeur de la phase solide du fluide frigo-porteur.
  • La disposition selon figure 5 est utilisée lorsque le fluide frigo­porteur présente dans la boucle intermédiaire 2 une teneur relativement importante en glace, par exemple excédant 10 à 15 % du volume total de cette dernière. Selon cette disposition, le siphon supérieur 62 est suppri­mé, mais le siphon inférieur 63 conservé. La descente vers le niveau infé­rieur 61 est donc amorcé par un coude normal de la boucle 2, à angle droit. En aval du siphon 63, une pompe 65 reprend une partie du fluide frigo-porteur, uniquement sous forme liquide, remonte le débit ainsi prélevé à l'étage supérieur 6,0, et injecte le débit remonté dans un orifice 66 prévu dans le coude 67, dans l'axe du conduit vertical 64 de descente, ce dernier étant au diamètre nominal de la boucle de circulation 2. De cette manière, on crée une accélération du courant du fluide frigo-porteur, descendant dans le conduit 64. Conformément à la figure 5, en cas d'arrêt de l'installation, toute la phase solide du fluide frigo-porteur se retrouve au niveau inférieur 61, et y demeure, compte tenu du siphon 63. On évite ainsi de créer tout bouchon ou obstruction importante, au niveau supé­rieur 60 de la boucle 2, ce qui empêcherait la remise en route de l'installa­tion.
  • Conformément à la figure 6, le piquage de sortie 13 du circuit de dérivation est disposé en amont du piquage d'entrée 9 du même circuit, selon le sens de circulation du fluide frigo-porteur dans la boucle 2. Un clapet anti-retour 70 est disposé sur la sortie 13 entre l'échangeur 8 et le piquage retour. Cette disposition évite toute circulation du fluide frigo-­porteur, en cas d'arrêt de la pompe 11.
  • La présente invention peut être appliquée en dehors du domaine de la vinification, par exemple peut être exploitée en climatisation ou pour des entrepôts frigorifiques.

Claims (10)

1/ Procédé de transfert de froid dans une pluralité d'enceintes (1) à refroidir, selon lequel on établit un circuit (2) de circulation intermédiaire d'un fluide frigo-porteur (15), on refroidit ledit fluide par échange (33) de chaleur avec un fluide frigorigène (21) et, pour chaque enceinte à refroidir, on dérive (7) du circuit de circulation intermédiaire un courant partiel du fluide frigo-porteur, on refroidit le milieu à refroidir dans l'enceinte (1) par échange (8) de chaleur avec le courant partiel dérivé et on renvoie (13) le courant partiel réchauffé dans le circuit de circulation intermédiaire, procédé selon lequel on règle la puissance frigorifique délivrée par le fluide frigorigène (21), par rapport à la puissance frigorifique totale consommée dans la pluralité d'enceintes à refroidir, de manière à disposer d'un fluide frigo-porteur (15) en circulation comportant deux phases d'un mêm corps en équilibre de fusion, mélangées l'une à l'autre de manière homogène, et ce au moins dans la partie du circuit de circulation sur laquelle sont dérivés les courants partiels de refroidissement, caractérisé en ce que , en combinaison :
a) le circuit de circulation intermédiaire consiste en une boucle (2) de libre transport du fluide frigo-porteur, et on règle la puissance frigorifique délivrée, la puissance frigorifique totale consommée, ainsi que le débit de circulation dans la boucle, de manière à obtenir pratiquement en tout point de cette dernière un état diphasique homogène en équilibre de fusion
b) on dérive (7) chaque courant partiel, uniquement sur la phase liquide du fluide frigo-porteur en circulation dans la boucle, et on renvoie (13) le courant partiel liquide réchauffé dans ladite boucle.
2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que selon le sens de circulation du fluide frigo-porteur dans la boucle (2), on renvoie (13) chaque courant liquide partiel réchauffé immédiatement en aval ou en amont de la dérivation du même courant.
3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour chaque enceinte (1) à refroidir, on détecte la température du courant partiel dérivé (7), et on commande le débit de ce dernier circulant dans la dérivation, en fonction de la température détectée.
4/ Dispositif de transfert de froid dans une pluralité de récipients (1) à refroidir, comprenant un circuit (2) de circulation intermédiaire d'un fluide (15) frigo-porteur, un échangeur (33) de chaleur primaire entre le fluide frigo-porteur et un fluide frigorigène (21), une pluralité de circuits de dérivation (7) associés auxdits récipients respectivement, comprenant chacun un échangeur de chaleur (8) secondaire disposé dans chaque récipient, dont l'entrée (9) et la sortie (13) communiquent avec le circuit de circulation intermédiaire, caractérisé en ce que, en combinaison :
a) le circuit de circulation intermédiaire consiste en une boucle (2) de transport du fluide frigo-porteur, à l'état diphasique en tout point de cette dernière
b) l'entrée (9) de chaque circuit de dérivation (7) est pourvue d'un dispositif (14) assurant un prélèvement uniquement en phase liquide du fluide frigo-porteur, et la sortie (13) du même circuit de dérivation communique avec la boucle (2) de transport.
5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, selon le sens de circulation du fluide frigo-porteur dans la boucle (2), la sortie (13) d'un circuit de dérivation est raccordée à ladite boucle, immédiatement en aval ou en amont du piquage de l'entrée (9) du même circuit de dérivation.
6/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir (50) de génération et stockage du fluide frigo-porteur en équilibre de fusion, communiquant par une entrée (53) avec un prélèvement sur la boucle (2) de transport dudit fluide, et par une sortie (51) avec une alimentation de ladite boucle, ledit réservoir étant associe à l'échangeur (3) de chaleur primaire entre le fluide frigo-porteur et le fluide frigorigène.
7/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la boucle de circulation est disposée sur au moins deux niveaux, différents (60,61), et un conduit vertical (64), assurant l'entraînement de la phase solide dispersée du fluide frigo-porteur, est disposé entre le niveau supérieur (60) et le niveau inférieur (61).
8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un siphon inférieur (63) est disposé au pied du conduit vertical (64), entre ce dernier et le niveau inférieur (61).
9/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un siphon supérieur (62), m)nté de bas en haut, est disposé en tête du conduit vertical (64), et ce dernier présente une section plus faible que la section nominale de la boucle.
10/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un circuit de réinjection du fluide frigo-porteur, sous phase liquide, est disposé entre un piquage en aval du siphon inférieur (63), et un orifice de réinjection (66), situé dans un coude (67) entre le niveau supérieur (60) et le conduit vertical (64).
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