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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Procédé et dispositif pour solidifier ou refroidir des liquides, notamment de l'eau.
Le procédé employé actuellement pour fabriquer la glace artificielle consiste à cristalliser l'eau par l'action de basses températures. La transmission du froid est généralement opérée indirectement, c'est-à-dire qu'on communique le froid à une solution (saumure) dans laquelle sont plongés les moules métalliques contenant l'eau à congeler.
La saumure froide communique le froid reçu à l'eau qui se congèle peu à peu.
Ce procédé connu implique de notables pertes de froid en raison des rentrées de chaleur inévitables dans les grands générateurs, des pertes par fusion dues à ce qu'on doit détacher le bloc de glace des parois du moule, et du
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refroidissement du chariot portant les moules. Comme le montre l'expérience, ces pertes s'élèvent dans les grandes installations à environ 30%, c'est-à-dire qu'il faut employer, par kilogramme de glace, 120 grandes calories au lieu de 90 grandes calories. Un autre inconvénient à mentionner est que la production de l'installation ne s'adapte qu'insuffisamment à la consommation de glace.
Il faut beaucoup de travail et un personnel nombreux pour remplir d'eau à congeler les différents moules, pour détacher des parois des moules les blocs de glace et pour vider les moules, cette opération devant être exécutée en série au moyen d'un pont roulant qui amène les différents cadres à moules au réservoir de remplissage, les dépose à une extrémité du générateur de glace, les retire à l'autre extrémité et les amène au dispositif de dégèlement et de démoulage par basculement. En outre il est à noter que dans ce procédé on doit produire le froid au moyen d'une température relativement basse, d'environ - 12 C, et que dans ces conditions le rendement est jusqu'à 30 % plus faible que si l'on pouvait produire le froid au moyen d'une température d'environ - 3 à - 4 .
Lorsqu'on utilise la glace en fragments, par exemple pour conserver le poisson, pour la patisserie, etc., cet ancien mode de production de glace présente l'inconvénient qu'il faut encore concasser les blocs de glace dans un broyeur.
Par ailleurs, on connaît encore d'autres procédés, suivant lesquels on fabrique de la glace dite en écailles.
On congèle l'eau sur des tambours qui tournent dans l'eau et qui sont remplis intérieurement de saumure froide. Il se forme sur l'enveloppe extérieure,par suite de l'action du froid, une couche de glace produite pendant la rotation dans
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l'eau. Quand la couche atteint une épaisseur de 1 à 2 cm, on déforme l'enveloppe du tambour au moyen de rouleaux intérieurs, pour briser et détacher la couche de glace.
Un procédé analogue consiste à maintenir l'eau animée d'un mouvement giratoire continuel au moyen d'un dispositif rotatif à palette dans un cylindre creux fixe entouré à l'extérieur, directement, du fluide réfrigérant en voie d'évaporation, par exemple d'ammoniaque, de sorte que l'eau se dépose à l'intérieur sous forme d'une mince croûte de glace. Puis, par raclage, on produit de la glace dite en copeaux. La glace a l'aspect d'une masse de neige et on peut également la comprimer en blocs à la presse.
Toutefois les deux derniers procédés présentent l'inconvénient qu'il y faut aussi travailler, comme dans les autres procédés connus, à de basses températures d'évaporation.
En outre, les dispositifs servant à exécuter les procédés sont coûteux et sujets à l'usure.
Enfin, on connaît encore des procédés qui consistent à produire de la glace en évaporant l'eau dans le vide ou en détendant le liquide à congeler à une pression égale ou inférieure à son point triple. Ce procédé présente l'inconvénient que pour évacuer la vapeur engendrée il faut employer de grandes machines, par exemple des turbo-compresseurs ou encore des éjecteurs de vapeur qui, comme on le sait, ont un très mauvais rendement et sont très peu économiques.
Vis-à-vis des procédés connus, la présente invention permet de produire de la glace artificielle par un procédé simple, presque sans pertes et sans surfaces servant à la transmission du froid. Le procédé consiste à amener directement en contact avec un agent réfrigérant liquide, dans un espace fermé, le liquide à refroidir ou à solidifier.
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Le dessin annexé représente deux exemples de dispositifs convenant pour exécuter le procédé suivant l'in- vention.
Fig. 1 est une coupe verticale d'un dispositif suivant l'invention,
Fig. 2 montre en coupe, à plus grande échelle, une tuyère de pulvérisation,
Fig. 3 montre la seconde forme d'exécution,
Fig. 4 en représente une partie, à plus grande échelle, et
Fig. 5 est une vue d'un détail.
Le dispositif représenté sur les Figs. 1 et 2 comporte un, deux ou plusieurs générateurs 1 en forme de colonne, calorifugés et disposés verticalement côte-à-côte.
Chaque colonne 1 est fermée en bas par la tête discoïde 4a d'un piston 4 qui peut monter et descendre dans un cylindre vertical 5. Le cylindre 5 est monté à bascule., au moyen de tourillons 6, sur un chariot 7. Le piston 4 appuie de bas en haut contre l'extrémité inférieure de la colonne 1 sous l'action d'une pression qui, de préférence, est hydraulique ou pneumatique, et pour vider la colonne, le piston descend, de manière qu'on puisse déplacer le chariot et amener sous la colonne un wagonnet de transport ou une presse pour la glace tombant de la colonne. A la partie supérieure de la colonne est adaptée une tuyère double 2, 3 (Fig. 2) par laquelle on envoie dans la colonne l'eau à congeler et l'acide carbonique liquide à détendre.
La tuyère représentée est une tuyère combinée à tourbillonnement et aspiration qui distribue un litre d'eau sur une surface allant jusqu'à 500 m2; elle com- prend une tuyère intérieure 3, déplaçable ou réglable axiale- ment, dont l'ajutage 3a est guidé et centré dans la tête 2a
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de la tuyère extérieure 2 au moyen de nervures radiales 3b.
La tuyère de dispersion ou d'atomisation disperse ou atomise et mélange l'eau amenée sous pression par la tuyère intérieure avec l'acide carbonique amené par la tuyère extérieure, de telle manière que l'eau se solidifie brusquement. En réglant de manière appropriée la position de la tuyère intérieure, on peut augmenter ou diminuer l'ouverture de sortie de la tuyère extérieure et changer ainsi à volonté le degré d'humidité de la glace ou son refroidissement en-dessous de 0 ou "sous-refroidissement". Par exemple, quand on règle la tuyère de façon que la proportion d'acide carbonique par rapport à l'eau soit d'environ 2,2 on produit de la glace sèche avec un sous-refroidissement de - 2 à - 3 C.
Au lieu d'un dispositif obturateur au bas de la colonne,on pourrait aussi monter un transporteur à fonction- nement continu, par exemple une vis sans fin, qui amène la glace granulée dans un tube relativement étroit dont on peut obturer l'ouverture de sortie.
'On pourrait aussi employer au bas de la colonne, au lieu d'un dispositif obturateur actionné hydrauliquement ou pneumatiquement, un dispositif obturateur mécanique mais qui puisse être rapidement enlevé ou mis en place. En amont de la tuyère on peut employer toute pression supérieure à celle régnant dans la colonne 1. La pression dans la colonne varie suivant la température et est d'environ 31 à 32 atmosphères absolues pour une température de - 3 à - 1 C. Au lieu d'en- voyer à la tuyère l'acide carbonique froid, on peut aussi l'introduire chaud, sous forte pression, à l'état liquide, de manière que la détente se produise directement dans la tuyère ou dans l'étranglement.
Pendant la détente de l'acide carbonique à environ 30 à 32 atmosphères, le refroidissement
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requis pour la congélation du liquide injecté se produit.
La congélation s'opère d'autant plus rapidement et les grains de glace sont d'autant plus petits que la pulvérisation de l'eau est plus poussée. Les vapeurs formées pendant la détente de l'acide carbonique ainsi que pendant la solidification de l'eau sont continuellement aspirées ou évacuées par une conduite d'aspiration 8 d'un compresseur (non représenté), raccordée à l'extrémité supérieure de la colonne 1, elles sont ensuite comprimées par le compresseur, puis liquéfiées pour subir une nouvelle détente. On peut aussi imaginer une disposition de tuyères telle que le cône de dispersion des tuyères à eau croise celui des tuyères à acide carbonique.
Au lieu d'être aspirées par le haut, les vapeurs peuvent aussi être aspirées par le bas, par la conduite 8a, de manière que les vapeurs soient diffusées entre les cristaux de glace tombés au fond, avec ce résultat que par suite de la différence de pression se manifestant de haut en bas entre les espaces situés au-dessus et en-dessous de la masse de glace, celle-ci se forme en masse compacte. Dans les grandes installations,il.est avantageux d'aspirer les vapeurs simultanément par le haut et par le bas.
Quand la colonne de glace est suffisamment haute, on peut mettre en service un autre générateur pendant qu'on retire du bas du premier générateur la glace produite ou pendant qu'on la comprime en blocs de glace au moyen d'une presse. On peut aussi employer le dispositif représenté sur la Fig. l, pour exécuter le procédé en introduisant en haut, par la tuyère 2, seulement de l'acide carbonique, et en introduisant en bas, par une conduite 8b indiquée en pointillés sur la Fig. 1, raccordée éventuellement à une crépine ou à une tuyère de dispersion, le liquide à congeler. Dans ce cas
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on remplit d'abord de préférence la colonne 1 d'acide carbonique liquide jusqu'à un niveau déterminé et on injecte ensuite de l'eau du fond dans le générateur ou dans l'acide carbonique liquide.
Par suite du contact direct intime avec l'acide carbonique liquide froid l'eau se congèle. L'eau congelée ou la glace granulée monte par suite de son poids spécifique moindre que celui de l'acide carbonique, de sorte que la colonne se remplit peu à peu, de haut en bas, de glace granulée. Les vapeurs engendrées pendant le remplissage de la colonne ainsi que pendant l'injection de l'eau sont de préférence aspirées par le haut, puis on les comprime et on les liquéfie ensuite, après quoi on ramène à la colonne l'acide carbonique liquide sous forte pression. Au lieu de remplir le récipient d'acide carbonique par détente, on peut envoyer dans le récipient, sous la pression précitée d'environ 31 atmosphères, de l'acide carbonique déjà prérefroidi, et pendant ce temps il ne se produit alors pas de vapeurs.
Dans la forme d'exécution du dispositif, représentée sur les Figs. 3 à 5, le générateur à colonne 11 est équipé à sa partie supérieure d'une tuyère centrale 12, servant à disperser ou à atomiser l'eau qui lui est envoyée sous pression par la conduite 13 au moyen de la pompe 14, et il comporte plusieurs tuyères 15, réparties en cercle en-dessous de la tuyère 12, qui servent à disperser ou à atomiser l'acide carbonique liquide froid. Au lieu d'une seule tuyère 12 on peut en monter plusieurs. Les tuyères 15 communiquent avec un tuyau distributeur 16, encerclant la colonne 11, qui à son tour est relié par une conduite 18, à travers un condenseur 19,à un compresseur 20 à un étage, dont la
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conduite d'aspiration 21 est raccordée en haut au générateur à colonne 11.
A la conduite 18 est raccordée en amont de la vanne de réglage 10 la conduite d'alimentation 22 pour l'acide carbonique frais.
Dans l'exemple représenté, la colonne 11 du générateur est posée par son extrémité inférieure sur un raccord tubulaire 23, orienté vers le haut, d'un cylindre de presse horizontal 24. Le piston 25 disposé dans le cylindre de presse 24 reçoit son mouvement d'un piston 27 animé d'un mouvement de va-et-vient dans un cylindre 26 sous une pression hydraulique ou pneumatique. L'extrémité du cylindre de presse 24, représentée à droite sur la Fig. 3, est normalement obturée par une plaque 28 qui y est appliquée par une pression hydraulique ou pneumatique agissant sur un piston 30 animé d'un mouvement de va-et-vient dans un cylindre 29, et qui s'écarte du cylindre de presse après que de la glace granulée contenue dans le cylindre de presse a été suffisamment pressée ou comprimée.
Le bloc de glace expulsé du cylindre de presse 25 peut descendre en glissant dans un couloir incliné 31 et on peut le retirer de celui-ci. La glace produite est ainsi pressée, en une seule phase, sans venir en contact avec l'air extérieur, en blocs prêts à être employés.
Après avoir achevé la production de glace, on réduit à au moins 1 atmosphère la pression de travail, d'environ 30 atmosphères, régnant dans la colonne 11. Ceci se fait,suivant le cas,à la partie supérieure ou à la partie inférieure de la colonne, et on dérive les gaz vers le gazomètre de l'installation de fabrication d'acide carbonique ou bien on les aspire au moyen d'un petit compresseur-aspirateur non représenté, spécialement destiné à cette fin, qui
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les comprime et les envoie au raccord d'aspiration du compresseur de glace 20. Quand on emploie plusieurs colonnes, on peut envoyer ces vapeurs dans la colonne qu'on veut mettre en service, de sorte que le compresseur-aspirateur ne doit aspirer que les résidus.
Lorsqu'il y a plusieurs générateurs à colonne, on peut relier la presse au choix à l'une ou à l'autre des colonnes. Il est-parfaitement possible d'employer un assez grand nombre de générateurs à colonne avec un seul cylindre de presse, étant donné que le temps requis pour comprimer une quantité déterminée de glace ne constitue qu'une fraction du temps requis pour produire cette quantité de glace.
Dans le cas d'un seul générateur à colonne on peut évidemment monter la presse à demeure sous la colonne, pour autant qu'on ne doive fabriquer que de la glace en blocs.
Avant le commencement de l'opération de congélation on peut aspirer au dehors l'air de la colonne, le plus simplement au moyen d'un éjecteur actionné par l'eau de refroidissement, pour autant que celle-ci ait une pression suffisante.
Comme liquide à solidifier ou à refroidir on peut employer non seulement de l'eau mais encore tout autre liquide à solidifier ou à refroidir, et comme agent réfrigérant on peut employer tout gaz approprié autre que l'acide carbonique. Lorsqu'on emploie comme agent réfrigérant l'acide carbonique, et qu'on règle de manière appropriée la pression dans la colonne d'expansion, par exemple en la portant à 37 atmosphères, on peut au lieu de solidifier le liquide introduit, le refroidir seulement. Quand il ne s'agit que de
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refroidir des liquides, on peut au lieu d'injecter le liquide dans le bain d'agent réfrigérant, injecter l'agent réfrigérant liquide dans le liquide à refroidir contenu dans la colonne.
Dans ce cas, la colonne peut être constituée par un récipient complètement fermé en bas d'où on soutire par le bas, au moyen d'une conduite tubulaire, le liquide refroidi.
Vis-à-vis de la fabrication connue de glace au moyen de machines frigorifiques, les formes d'exécution décrites du procédé suivant l'invention présentent les avantages suivants:
Le dispositif servant à exécuter le procédé est notablement plus petit, plus simple et meilleur marché que les installations de fabrication connues de même capacité de production et, par conséquent, il prend relativement peu de place; une installation pour la production de 24 tonnes de glace par jour occupe ai maximum 20 m2. Le service d'une installation ayant la capacité de production précitée peut être assuré par un seul homme. Le rendement de l'opération de congélation est beaucoup plus avantageux, car le froid opère à une température de -3 à - 5 C.
Le dispositif est prêt à être mis en service immédiatement et on peut toujours adapter facilement la production de glace à la consommation.
La perte de froid par conduction et rayonnement et la perte due à la chaleur de condensation de l'humidité de l'air atmosphérique se déposant sur les surfaces froides, sont notablement moindres, car la colonne est presque complètement protégée par son calorifuge contre les pertes de froid et par ailleurs sa température intérieure n'est que de -5 C au maximum. Les pertes par dégèlement, qui jusqu'ici étaient de 6 à la$, sont complètement éliminées. Le froid est produit non pas au moyen de gaz toxiques et dangereux, mais par de l'acide carbonique inoffensif qui épure l'eau et tue les microbes.
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Sous ce rapport il est à noter que la fabrication de glace par le procédé de contact à l'acide carbonique décrit à titre d'exemple, permet non seulement de débarrasser de germes l'eau à congeler mais encore d'activer la glace à l'acide carbonique. Cette glace possède une aptitude permanente à tuer les germes. L'acide carbonique conserve la glace parfaitement stérile. L'état actif est dû notamment au fait qu'on amène l'eau à congeler, sous pression, en contact avec de l'acide carbonique liquide sous forte pression.
Le procédé à contact d'eau et d'acide carbonique remplit donc simultanément les 3 conditions suivantes:
1) de débarrasser de germes l'eau à congeler,
2) d'activer la glace elle-même,
3) de congeler l'eau à l'état de glace.
En outre il ne faut pas fournir du froid pour refroidir des moules de congélation et des dispositifs auxiliaires analogues. Suivant ce procédé on peut produire de la glace à teneur d'acide carbonique, une tonne de glace étant apte à absorber 2 à 4 kgs. d'acide carbonique. Pour comprimer les vapeurs refroidissantes il suffit d'un compresseur 7 à 8 fois plus petit que dans les installations connues mentionnées au préambule.
Lors de la fabrication de glace granulée, pour laquelle 12,demande est très grande notamment pour la patisserie et la pêche, on réalise vis-à-vis des dispositifs connus une économie de puissance d'environ 30%.
On peut fabriquer à volonté de la glace sèche exempte d'eau ou de la glace plus ou moins humide, et dans le premier cas on sous-refroidit la glace au degré voulu sans dépense notable de puissance, car dans les variantes d'exé-
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cution décrites du procédé suivant l'invention on procède à la solidification à - 2 à - 5 C et parce qu'on peut opérer un sous-refroidissement au degré voulu en ajoutant un excédent correspondant d'acide carbonique.
Bien que dans les exemples d'exécution décrits du procédé de fabrication de glace, exécutés au moyen des dispositifs des Figs. 1 et 3, on a supposé que la dispersion de l'eau est très poussée, le procédé n'est pas limité pour celà à une dispersion aussi poussée ; est aussi possible de congeler des gouttes d'eau, par l'action directe de l'acide carbonique., dans leur trajet vers la partie inférieure de la colonne ou seulement au fond de la colonne.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour solidifier ou refroidir.des liquides, notamment de l'eau qu'on amène directement en contact avec un agent réfrigérant dans .un récipient clos, caractérisé en ce qu'on envoie l'agent réfrigérant, en aspirant en même temps les vapeurs, sous une pression constante supérieure à celle de son point triple, dans un récipient à pression, et on le fait agir à l'état liquide sur le liquidas à solidifier ou à refroidir.
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DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
PATENT OF INVENTION Process and device for solidifying or cooling liquids, in particular water.
The process currently used to make artificial ice consists of crystallizing water by the action of low temperatures. The transmission of cold is generally operated indirectly, that is to say that the cold is communicated to a solution (brine) in which the metal molds containing the water to be frozen are immersed.
The cold brine communicates the cold received to the water which gradually freezes.
This known process involves significant losses of cold due to the inevitable re-entry of heat into large generators, losses by melting due to the need to detach the block of ice from the walls of the mold, and
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cooling of the trolley carrying the molds. As experience has shown, these losses amount in large installations to about 30%, that is to say that 120 large calories should be used per kilogram of ice instead of 90 large calories. Another drawback to be mentioned is that the production of the installation adapts insufficiently to the consumption of ice.
It takes a lot of work and a large staff to fill the water to freeze the various molds, to detach the walls of the molds the blocks of ice and to empty the molds, this operation having to be carried out in series by means of an overhead crane. which brings the various mold frames to the filling tank, places them at one end of the ice maker, removes them at the other end and brings them to the defrosting and demoulding device by tilting. In addition, it should be noted that in this process the cold must be produced by means of a relatively low temperature, of about -12 C, and that under these conditions the yield is up to 30% lower than if the cold could be produced by a temperature of about -3 to -4.
When using fragmented ice, for example for preserving fish, for baking, etc., this old method of producing ice has the drawback that the blocks of ice still have to be crushed in a crusher.
Furthermore, other methods are known, according to which so-called flake ice is produced.
The water is frozen on drums which rotate in the water and which are internally filled with cold brine. It forms on the outer shell, as a result of the action of cold, a layer of ice produced during rotation in
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the water. When the layer reaches a thickness of 1 to 2 cm, the casing of the drum is deformed by means of internal rollers, to break up and loosen the layer of ice.
A similar process consists in keeping the water animated by a continuous gyratory movement by means of a rotary vane device in a fixed hollow cylinder surrounded on the outside, directly, by evaporating refrigerant fluid, for example d 'ammonia, so that the water settles inside as a thin crust of ice. Then, by scraping, so-called chip ice is produced. Ice looks like a mass of snow and can also be pressed into blocks.
However, the last two processes have the drawback that it is also necessary to work there, as in the other known processes, at low evaporation temperatures.
In addition, the devices used to perform the methods are expensive and subject to wear.
Finally, processes are also known which consist in producing ice by evaporating the water in a vacuum or by expanding the liquid to be frozen to a pressure equal to or less than its triple point. This process has the drawback that in order to remove the steam generated it is necessary to use large machines, for example turbo-compressors or else steam ejectors which, as we know, have a very poor efficiency and are very uneconomical.
With respect to the known processes, the present invention makes it possible to produce artificial ice by a simple process, almost without losses and without surfaces serving for the transmission of cold. The process consists in bringing directly into contact with a liquid refrigerant, in a closed space, the liquid to be cooled or solidified.
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The accompanying drawing shows two examples of devices suitable for carrying out the process according to the invention.
Fig. 1 is a vertical section of a device according to the invention,
Fig. 2 shows a sectional view, on a larger scale, of a spray nozzle,
Fig. 3 shows the second embodiment,
Fig. 4 represents part of it, on a larger scale, and
Fig. 5 is a view of a detail.
The device shown in Figs. 1 and 2 comprises one, two or more generators 1 in the form of a column, heat-insulated and arranged vertically side-by-side.
Each column 1 is closed at the bottom by the discoid head 4a of a piston 4 which can move up and down in a vertical cylinder 5. The cylinder 5 is tiltably mounted., By means of journals 6, on a carriage 7. The piston 4 presses from bottom to top against the lower end of column 1 under the action of a pressure which, preferably, is hydraulic or pneumatic, and to empty the column, the piston descends, so that one can move cart and bring under the column a transport wagon or press for the ice falling from the column. To the upper part of the column is fitted a double nozzle 2, 3 (Fig. 2) through which the water to be frozen and the liquid carbonic acid to be expanded are sent into the column.
The nozzle shown is a combined swirling and suction nozzle which distributes one liter of water over an area of up to 500 m2; it comprises an internal nozzle 3, movable or adjustable axially, the nozzle 3a of which is guided and centered in the head 2a
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of the outer nozzle 2 by means of radial ribs 3b.
The dispersion or atomization nozzle disperses or atomizes and mixes the water supplied under pressure by the inner nozzle with the carbonic acid supplied by the outer nozzle, so that the water suddenly solidifies. By appropriately adjusting the position of the inner nozzle, one can increase or decrease the outlet opening of the outer nozzle and thus change at will the moisture content of the ice or its cooling below 0 or "below. -cooling". For example, when the nozzle is adjusted so that the ratio of carbonic acid to water is about 2.2, dry ice is produced with a subcooling of - 2 to - 3 C.
Instead of a shut-off device at the bottom of the column, one could also mount a continuously operating conveyor, for example an endless screw, which brings the granulated ice into a relatively narrow tube, the opening of which can be closed. exit.
One could also employ at the bottom of the column, instead of a hydraulically or pneumatically actuated shutter device, a mechanical shutter device but which could be quickly removed or put in place. Upstream of the nozzle, any pressure higher than that prevailing in column 1 can be used. The pressure in the column varies according to the temperature and is approximately 31 to 32 atmospheres absolute for a temperature of - 3 to - 1 C. Au Instead of sending cold carbonic acid to the nozzle, it can also be introduced hot, under high pressure, in the liquid state, so that the expansion takes place directly in the nozzle or in the throttle.
During the expansion of carbonic acid to about 30 to 32 atmospheres, the cooling
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required for the injected liquid to freeze occurs.
The freezing takes place all the more quickly and the grains of ice are all the smaller as the water spraying is more extensive. The vapors formed during the expansion of carbonic acid as well as during the solidification of water are continuously sucked or discharged through a suction line 8 of a compressor (not shown), connected to the upper end of the column. 1, they are then compressed by the compressor, then liquefied to undergo a new expansion. One can also imagine an arrangement of nozzles such that the dispersion cone of the water nozzles crosses that of the carbonic acid nozzles.
Instead of being sucked in from above, the vapors can also be sucked in from below, through line 8a, so that the vapors are diffused between the ice crystals which have fallen to the bottom, with this result that as a result of the difference pressure occurring from top to bottom between the spaces above and below the mass of ice, it forms a compact mass. In large installations, it is advantageous to suck in the vapors simultaneously from above and below.
When the ice column is high enough, another generator can be put into service while removing the ice produced from the bottom of the first generator or while compressing it into blocks of ice by means of a press. It is also possible to use the device shown in FIG. 1, to carry out the process by introducing at the top, through the nozzle 2, only carbonic acid, and by introducing at the bottom, through a pipe 8b indicated in dotted lines in FIG. 1, optionally connected to a strainer or a dispersion nozzle, the liquid to be frozen. In that case
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column 1 is preferably first filled with liquid carbonic acid to a determined level and then bottom water is injected into the generator or into the liquid carbonic acid.
As a result of direct intimate contact with cold liquid carbonic acid water freezes. Frozen water or granulated ice rises due to its lower specific gravity than that of carbonic acid, so that the column gradually fills, from top to bottom, with granulated ice. The vapors generated during the filling of the column as well as during the injection of water are preferably sucked from the top, then they are compressed and then liquefied, after which the liquid carbonic acid is returned to the column under High pressure. Instead of filling the container with carbonic acid by expansion, it is possible to send into the container, under the aforementioned pressure of about 31 atmospheres, already precooled carbonic acid, and during this time no vapors are then produced. .
In the embodiment of the device, shown in Figs. 3 to 5, the column generator 11 is equipped at its upper part with a central nozzle 12, serving to disperse or atomize the water which is sent to it under pressure through the pipe 13 by means of the pump 14, and it comprises several nozzles 15, distributed in a circle below the nozzle 12, which serve to disperse or atomize the cold liquid carbonic acid. Instead of a single nozzle 12, several can be fitted. The nozzles 15 communicate with a distributor pipe 16, encircling the column 11, which in turn is connected by a pipe 18, through a condenser 19, to a single-stage compressor 20, whose
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Suction line 21 is connected at the top to the column generator 11.
To line 18 is connected upstream of control valve 10 the supply line 22 for fresh carbonic acid.
In the example shown, the column 11 of the generator is placed by its lower end on a tubular connector 23, oriented upwards, of a horizontal press cylinder 24. The piston 25 disposed in the press cylinder 24 receives its movement. of a piston 27 driven by a reciprocating movement in a cylinder 26 under hydraulic or pneumatic pressure. The end of the press cylinder 24, shown to the right in FIG. 3, is normally closed by a plate 28 which is applied thereto by hydraulic or pneumatic pressure acting on a piston 30 moved back and forth in a cylinder 29, and which moves away from the press cylinder afterwards. that the granulated ice in the press cylinder has been sufficiently pressed or compressed.
The block of ice expelled from the press cylinder 25 can slide down an inclined passage 31 and can be removed therefrom. The ice produced is thus pressed, in a single phase, without coming into contact with the outside air, into blocks ready to be used.
After having completed the production of ice, the working pressure, of about 30 atmospheres, prevailing in column 11 is reduced to at least 1 atmosphere. This is done, as the case may be, at the top or the bottom of the ice. the column, and the gases are diverted to the gasometer of the carbonic acid production plant or else they are sucked by means of a small compressor-aspirator not shown, specially intended for this purpose, which
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compresses them and sends them to the suction connection of the ice compressor 20. When using several columns, these vapors can be sent to the column that you want to put into service, so that the vacuum compressor only has to suck the residues.
When there are several column generators, the press can be connected to either column as desired. It is perfectly possible to employ a fairly large number of column generators with a single press cylinder, since the time required to compress a determined amount of ice is only a fraction of the time required to produce that amount of ice. ice.
In the case of a single column generator, the press can obviously be permanently mounted under the column, provided that only block ice has to be made.
Before the start of the freezing operation, the air in the column can be sucked out, most simply by means of an ejector actuated by the cooling water, provided that the latter has sufficient pressure.
As the liquid to be solidified or cooled, not only water can be used, but also any other liquid to be solidified or cooled, and as a refrigerant any suitable gas other than carbonic acid can be used. When carbonic acid is used as a refrigerant, and the pressure in the expansion column is suitably regulated, for example by bringing it to 37 atmospheres, it is possible, instead of solidifying the liquid introduced, to cool it. only. When it comes only to
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to cool liquids, instead of injecting the liquid into the coolant bath, it is possible to inject the liquid coolant into the liquid to be cooled contained in the column.
In this case, the column can be constituted by a completely closed container at the bottom from which the cooled liquid is withdrawn from below, by means of a tubular pipe.
With respect to the known manufacture of ice by means of refrigerating machines, the embodiments described of the process according to the invention have the following advantages:
The device for carrying out the process is significantly smaller, simpler and cheaper than known manufacturing facilities of the same production capacity and therefore takes up relatively little space; an installation for the production of 24 tonnes of ice per day occupies a maximum of 20 m2. The service of an installation having the aforementioned production capacity can be performed by one man. The efficiency of the freezing operation is much more advantageous, since the cold operates at a temperature of -3 to - 5 C.
The device is ready to be put into operation immediately and the production of ice cream can always be easily adapted to consumption.
The loss of cold by conduction and radiation and the loss due to the heat of condensation of the humidity of the atmospheric air settling on the cold surfaces, are notably less, because the column is almost completely protected by its thermal insulation against losses. cold and moreover its interior temperature is only -5 C at most. Thaw losses, which so far have been $ 6 per $, are completely eliminated. Cold is produced not by toxic and dangerous gases, but by harmless carbonic acid which purifies water and kills microbes.
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In this regard, it should be noted that the manufacture of ice by the carbonic acid contact process described by way of example not only makes it possible to rid the water to be frozen of germs but also to activate the ice cream. 'carbonic acid. This ice has a permanent ability to kill germs. Carbonic acid keeps ice perfectly sterile. The active state is due in particular to the fact that the water is brought to freeze, under pressure, in contact with liquid carbonic acid under high pressure.
The process in contact with water and carbonic acid therefore simultaneously fulfills the following 3 conditions:
1) to rid the water to be frozen of germs,
2) activate the ice itself,
3) to freeze the water to the state of ice.
In addition, cold should not be provided for cooling freezing molds and the like auxiliary devices. According to this process, ice can be produced with a carbonic acid content, one tonne of ice being able to absorb 2 to 4 kgs. carbonic acid. To compress the cooling vapors, a compressor 7 to 8 times smaller than in the known installations mentioned in the preamble is sufficient.
During the manufacture of granulated ice, for which 12, demand is very great especially for pastry and fishing, vis-à-vis known devices is achieved a power saving of about 30%.
Dry ice free of water or more or less humid ice can be made at will, and in the first case the ice is sub-cooled to the desired degree without noticeable expenditure of power, because in the variant embodiments
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Cution described of the process according to the invention, the solidification is carried out at - 2 to - 5 C and because one can operate a sub-cooling to the desired degree by adding a corresponding excess of carbonic acid.
Although in the described examples of execution of the ice-making process, carried out by means of the devices of Figs. 1 and 3, it has been assumed that the dispersion of the water is very thorough, the process is not limited for this to such a thorough dispersion; It is also possible to freeze drops of water, by the direct action of carbonic acid., in their path towards the lower part of the column or only at the bottom of the column.
CLAIMS
1. Process for solidifying or cooling liquids, in particular water which is brought directly into contact with a refrigerant in a closed container, characterized in that the refrigerant is sent, while sucking at the same time vapors, under a constant pressure greater than that of its triple point, in a pressure vessel, and it is made to act in the liquid state on the liquidas to be solidified or cooled.