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Méthode et appareil à produire le froid.
Dans beaucoup de cas où l'on fait appel au refroidissement artificiel, la consommation de froid est très variable. Un exemple typique de ceci est le refroidissement en laiterie, où la consommation du froid est grande pendant quelques heures de la journée, mais où elle est faible si pas nulle pendant le restant du jour. Il en résulte qu'une installation réfrigérante pour la laiterie et des industries analogues, calculée pour le régime maximum, est très grande et très coûteuse.
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Pour pouvoir tenir compte des pointes de régime d'une installation de réfrigération, on a proposé de munir l'installation d'un accumulateur de froid que l'on charge pendant les périodes de faible régima et que l'on décharge pendant lespériodes de régime élevé.
Jusqu'à, présent, ces accumulateurs de froid se composaient d'une masse de liquide à bas point de congélation, dont les frigories étaient utilisées, du fait de sa basse température, pour l'accumulation. ces frigories sont toutefois relativement faibles et, par conséquent, il faut de grandes quantités de liquide pour répondra à des pointes de régime relativement grandes. Ctest le as,ême quand le liquide est refroidi à des ',températures très basses, ce- qui, cependant, exige une température basse en correspondance du réfrigérant employé, ce qui n'est pas favorable au point de vue de la réfrigération.
On a proposé également pour l'entreposage du froid d'utiliser la chaleur de fusion dégagée par une substance passant de la phase solide à la phase liquide. Toutefois, dans les cas de l'espèce, la substance était enfermée dans un élément réfrigérant, où elle formait, en se congelant, un corps solide cohérent dont les frigoriesne pouvaient être utilisées que dans ledit élément réfrigérant proprement dit.
La présente invention concerne une méthode de production du froid dans des installations réfrigérantes fonctionnant à des régimas variables, qui permet l'entreposage du froid de façon efficace et économique et l'utilisation du froid en question en tout endroit désirable.
La méthode consiste à soumettre une s olu tion d'une substance dans un solvent. à une température inférieure au point de oongéla- tion de la solution, à l'aide d'un excès de froid disponible à faible régime ou hors régime, ce qui fait passer le solvant ou la solution à la phase solide,, à l'état de cristaux, et à prélever du froid à régime élevé de la phase solide ainsi formée, par le fait que la
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phase solide en question passe à l'état de phase liquide.
Comme solvant on peut employer l'eau et comme substance y dissoute un sel ou des sels, par exemple un chlorure, sulfate, carbonate, nitrate ou sel analogue soluble, particulièrement des métaux alcalins, soit seuls, soit à deux ou plus en mélange.
Au lieu de sels, on peut toutefois se servir aussi d'alcalis, d'acides. d'alcool, de sucre, de glycérine, de glyool, etc..pour empêcher que la conduite ne se rouille, il peut être bon de faire usage d'une solution légèrement alcaline.
Quand on se sert d'une telle solution aqueuse, la glace formée est à l'état de cristaux et non pas sous forme de miroir de glace sur les surfaces réfrigérantes. ceci présente un grand aventage pour l'utilisation de la glace comme magasin à froid, car ces cristaux de glace ou de neige n'adhèrent pas rigidement aux surfaces réfrigérantes comme le font les miroirs de glace, mais se détachent facilement de celles-ci et, ensuite, se trouvent dans un état si finement divisé qu'on peut les transporter facilement dans cet état ou avec la solution à l'état de suspension.
Le froid nécessaire pour la congélation peut *être fourni par le réfrigérant d'une machine à produire le froid ou par de l'air froid, particulièrement en hiver, ou par des gaz froids. pour faciliter la séparation des cristaux des surfaces réfrigérantes, on peut effectuer le refroidissement avec agitation,ou bien encore on peut soumettre les surfaces réfrigérantes à un raclage, un brossage ou une action analogue. D'une façon générale, la circulation de la solution dans le réservoir de congélation suffit cependant pour séparer les cristaux. La surface réfrigérante peut tre immergée dans la solution; ou bien encore, on projette la solution sur la surface. La surface réfrigéran- te peut être mobile, avoir, par exemple, la forme d'un tambour.
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La congélation peut être poussée plus ou moins loin, par exemple jusque ce que la totalité du solvant soit passée à l'état de phase solide. le mélange des cristaux de glace et de solution peut être tel qu'on puisse s'en servir comme magasin à froid, mais généralement, on préfère séparer la phase solide, par exemple les cristaux de glace, de la solution, avant de prélever le froid. La séparation peut se faire, de préférence, de façon plus ou moins , continue. Quand la congélation s'effectue dans les réservoirs où- la surface réfrigérante est immergée dans la solution, les cristaux de glace montent à la surface et s'y rassemblent en couche que l'on peut enlever facilement.
Pour effectuer la congélation dans une solution dé concentration aussi basse que possible, ce qui est souhaitable au point de vue de la réfrigération, on peut enlever la solution concentrée formée pendant la congélation, du réservoir de congélation, plus ou moins en continu, et la remplacer par de la solution fraîche, . plus ou moins en continu.
De préférence, on prélève le froid à la phase solide (cristaux de glace ou de neige) par l'intermédiaire d'une solution qui peut être du même genre que celle employée pendant la congélation; on fait passer ladite solution, à l'aide d'une pompe, à travers le magasin de froid et l'endroit où se fait la consommation du froid (consommateur de froid), et ensuite on la ramène dans le magasin de froid. Quand la solution traverse le magasin de froid, une quantité de cristaux de glace ou de neige suffisante pour amener la solution à refroidir au point de congélation ou près de celui-ci, se mettent à fondre; la température augmente lorsqu'ils traversent le consommateur de froid, puis retombe dans le magasin de froid, et ainsi de suite.
Dans certains cas, il convient d'effectuer la congélation dans une solution à point eutectique. Dans les cas de l'espèce, la congélation se fait, de préférence, à la température à laquelle le
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frôla est soutiré de la phasé solide et d'une solution dont l'euteotique se trouve à cette température.
Des exemplesde cessolutions sont : solution de KCl à 19,3 % température eutectique -9 C
EMI5.1
,j "KN03 n 11 tt " tr -3 G.
" Il ZnS04 " 37.3 Il " " -6,5 (;.
" Il Al2(::) 4)5 Il 23" " " -4 0.
On peut modifier le point eutectique d'une solution par rapport à la concentration età la température en ajoutant des substances, particulièrement des sels, ce qui permet toujours de préparer une solution ayant le point euteotique désirable.
L'invention va âtre à présent décrite plus en détail avec ré- férence aux formes de réalisation représentées schématiquement, à titre d'exemples, par le dessin annexé, où sont exposées également d'autres caractéristiques de l'invention.
Les figs.l à 4 des dessins montrent chacune une variante de l'invention.
Dans la variante conforme à la fig.l, la référence 10 désigne un réservoir, le réservoir de congélation, en relation, par une soupape à flotteur 11, avec un réservoir 12 situé à un niveau plus élevé que le réservoir 10 et servant de bac d'attente à la solution qui doit être congelée. La solution descend, sous l'action de la pesanteur,du réservoir 12 dans le réservoir de congélation 10, où elle est maintenue à un niveau oonstant par la soupape à flotteur 11. Le réservoir 10 est muni d'organes pour refroidir la solution qui s'y trouve; ces organes consistant en un serpentin réfrigérant 13, par exemple le serpentin réfrigérant d'une machine à produire le froid.
Cependant, cet organe peut aussi consister en tout autre dispositif réfrigérant, par exemple un tambour ou une cuve réfrigé- rante ou analogue. Par tout moyen approprié, par exemple par un dispositif agitateur racleur ou analogue, on peut maintenir la surface
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réfrigérante du réservoir de congélation 10 en état de propreté.
La glace (neige) formée se rassemble à la surface de la solution du réservoir réfrigérant 10, d'où elle est envoyée, par tout moyen approprié, par exemple par le transporteur 14, dans le réservoir 15 situé à un niveau plus élevé que le réservoir 10 et le réser- voir 12 ; réservoir 15 sert de magasin ou accumulateur pour la glace produite. Le transporteur 14 est arrangé de manière à permettre que la solution entraînée par la glace revienne dans le ' réservoir de congélation 10. le magasin 15 a un fond perforé 16; l'espace en dessous de ce fond est en relation avec la partie supérieure du réservoir de congélation 10 par une conduite 17. L'accumulateur 15 est également en communication avec le réservoir 12 par une conduite 20, qui s'ourre, de préférence, au fond dudit réservoir.
A mesure que de la glace se forme dans le réservoir de congélation 10, la concentration de la solution augmente continuellement dans ce réservoir. Cependant, cet accroissement de la concentration provoquerait une chute correspondante du point de congélation de la solution, ce qui serait défavorable à la production de la glace, car dans ce cas, la machine à produire le froid employée devrait fournir du froid,par le serpentin réfrigérant 13, à une température plus basse en proportion. Pour empêcher l'augmentation de la concentration dans le réservoir de congélation 10, on peut éliminer la solution concentrée qui s'est rassemblée au fond dudit réservoir, par une conduite 21, par exemple à l'intervention d'une pompe 22, qui amène ladite solution, par une conduite 23, dans le réservoir 24.
Après dilution correspondante dans un réservoir de dilution 26, on peut faire rentrer la solution dans le réservoir 12.
Il est possible, de cette façon, de poursuivre la congélation de la solution dans le réservoir de congélation 10 sans que la con-
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oentration augmente trop fortement dans celui-ci. Le niveau du liquide du réservoir 12 descend et une quantité de neige de plus en plus grande s'accumule dans l'accumulateur 15, qui se charge de la sorte. l3 référence 30 désigne un consommateur de froid à régime variable,en communication avec le magasin à froia. 15 par une conduite d'admission 31 et une conduite d'évecuetion 32; dans cette dernière conduite est montée une pompe 33 Le froid est, de préférence, soutiré par l'intermédiaire d'une solution que la pompe 33 fait passer du magasin à froid 15 par la conduite 31, le consommateur de froid 30 et la conduite 32 pour revenir dans l'accumulateur de froid 15.
De préférence, cette solution est de la même espèce que selle du système de congélation lp, 12, 15 et doit être préféreblement concentrée, comme solution de ce genre, on peut se servir avec avantage de la solution concentrée du réservoir 24; une pompe 35 fait passer oette solution clans le magesin à froid 15, par une conduite 36. Il convient de faire circler la solution du magasin de froid 15 de bas en haut. car, de la sorte, les cristaux sont entraînés par la solution ce qui accroît son pouvoir réfrigérant. cependant, le sens de la circulation peut aussi être renversé; dans ce cas, on fait dégouliner la solution de la conduite 31 sur la glace du réservoir 15, qui ne doit pas être rempli de solution comme c'est nécessaire dans le premier cas.
La solution ou le mélange de solution et de cristaux de glace pénètre dans le consommateur de froid à basse température; elle y est chauffée et rentre à une température un peu plus élevée dans l'accumulateur de froid 15, où elle provoque la fusion d'une certaine quantité de glace, se refroidit alors et ainsi de suite. La circulation continue jusqu'a ce qu'une quantité de froid suffisante ait été soutirée à l'accumulateur ou jusqu'à, ce que la totalité de glace qui s'y trouve soit fondue (accumulateur déchargé).
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Pendant la décharge, on peut mettre le système de congélation 10, 12, 15 hors circuit. Quand on doit recharger le mage-' sin à froid, on fait passer la solution de l'accumulateur 15 qui. à présent, est diluée. de celui-ci,par la conduite 20 ,dans le bac d'attente 12 sous l'action de la pesanteur ou par l'interven -tion de la pompe 22. La solution du système de décharge 30, 31, 32 peut, de préférence, être retenue. La période de décharge recommence ensuite.
Dans la réalisation conforme à la fig.l, le bac d'attente la et le magasin à froid 15 sont,l'un par rapport à l'autre et par rapport au réservoir 10, à un niveau tel que la solution peut s'écouler, sous l'action de la pesanteur,du magasin à froid dans le réservoir de congélation et dans le bac d'attente et, de ce dernier, dans le réservoir de congélation, tandis que la glace produite est envoyée du réservoir de congélation 10 dans le magasin à froid 15 par un dispositif transporteur.
Dans la variante de la fig.2, le magasin à froid 15 se trouve à un niveau plus bas que le réservoir de congélation 10 et le réservoir-magasin 12, la solution étant envoyée par une pompe du magasin à froid 15 dans les deux autres réservoirs, tandis que la glace produite est transportée du réservoir de congélation 10 dans le magasin a froid 15, sur une surface en pente .40, sans l'intervention de dispositifs mécaniques de transport.
Du magasin à froid 15, la pompe 42 envoie la solution dans la partie supérieure du réservoir de congélation lo et, à la fin de la période de décharge, la pompe 44 ramène la solution,par la conduite 43, dans le réservoir d'attente 12, dans lequel elle pénètre par le fond. comme dans la réalisation précédente, ladite pompe 44 peut servir également pour évacuer la solution concentrée du réservoir de congélation 10 par la conduite 21, La solution concentrée arrive par le fond du réservoir d'approvisionnement 12 ; il convient, pendant la période de chargement, de retenir la solution concentrée dans ledit réservoir , sous forme de couche,au fond de celui-ci.A cet effet, l'évacuation
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du réservoir d'attente 12 vers la soupape à flotteur 11 est disposée à une certaine distance du fond.
De préférence, deux sorties 45 de l'espèce ou plus sont prévues à des niveaux différents. On peut, de cette manière, alimenter le réservoir de congélation 10 en solution diluée du réservoir d'attente 12, et amener la solution concentrée à se rassembler au fond du réservoir 12, sans mélange avec la solution diluée. Dans ce cas, on interrompt la période de chargement quand le niveau du liquide dans le réservoir d'attente 12 est descen- du à la hauteur du niveau de la couche concentrée. Quand on doit alors décharger le magasin, on se sert de cette solution concentrée du réservoir d'attente 12, ainsi que de la solution concentrée du réservoir de congélation 10, comme solution de circulation dans le système de décharge 30 à 33, de la manière ci-dessus décrite.
La fig.3 montre schématiquement une variante dans laquelle le réservoir de congélation, le réservoir d'attente de la solution et le magasin à froid forment ensemble un bloo. Le système de congélation se compose d'un réservoir simple 50, rempli de solution dans laquelle le serpentin réfrigérant 13 est immergé. Dans le réservoir 50 se trouve une cloison 51 séparant une chambre 52, qui sert de compartiment de congélation, d'une chambre 53 servant à la fois de réservoir d'approvisionnement de solution et de magasin à froid. Le système de décharge 30 à 33 est en relation avec la chambre 53 et un mélange de solution et de cristaux de glace rassemblés à la surface circule dans ce système.
La variante représentée par la fig.3 peut être simplifiée par la suppression de la cloison 51; dans ce cas, conséquemment, on permet à la glace, pendant la période de chargement, de rester dans le réservoir de congélation qui, par conséquent, sert de magasin à froid. Un exemple d'un arrangement de l'espèce est représenté par la fig.4.
Dans cette figure, la référence 55 désigne un réservoir de congélation et magasin à froid combinés, rempli de solution, dans lequel
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le serpentin réfrigérant 13, d'une machine à produire le froid par exemple, est immergé. On prévoit, de préférence, un agitateur 56 dans le réservoir 55. Pendant la période de chargement, par exemple à un faible régime du consommateur de froid 30, il se forme de la glace dans le réservoir 55, et pendant la période de décharge, on fait circuler une solution ou un mélange de cristaux de glace et de solution à. travers le consommateur de froid 30, par exemple, à ldaide de la pompe 33.
Il va de soi que l'on peut combiner différemment deux appareils ou plus de l'espèce, servant tous deux de réservoir de congélation et de magasin à froid, avec un ou plusieurs consommateurs de froid. La disposition peut être telle qu'un (ou plusieurs) appareil soit connecté en permanence avec le système de circulation du consommateur de froid, tandis qu'un autre appareil (ou d'autres appareils) peut être mis en relation avec ledit système ou déconnecté de celui-ci, de façon à être mis hors circuit à faible régime du consommateur de froid et à être automatiquement mis en circuit quand le régime augmente, quand la température a atteint une certaine valeur, et sert ainsi de magasin à froid. Les appareils peuvent fonctionner avec une solution de même concentration ou avec des solutions de concentrations différentes.
Bans certains cas, la température de l'appareil qui se trouve en circuit en permanence peut être suffisamment élevée pour qu'il ne s'y forma pas de glace. L'appareil dans lequel se forme de la glace doit être muni d'un agitatour, d'un racloir, d'une brosse ou d'un organe analogue pour enlever les cristaux de glace des surfaces réfrigérantes; ces organes peuvent être en fonction uniquement quand la glace se forme dans l'appareil, c'est-à-dire pendant la période de chargement.
Ceci peut être réalisé, par exemple, en se servant, pour la commande de l'organe évacuateur de glace, d'un organe contrôlé par la température de la solution se trouvant dans l'appareil, de manière que l'organe de commande se mette automatiquement en marche quand la température tombe au point de congélation de la solution (formation
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de glace) , et soitmis automatiquement hors circuit quand la température monte au-dessus de cette valeur.
Comme on l'a dit ci-dessus, il est nécessaire, dans certains cas, de se servir d'une solution possédant un eutectique. Dans ce cas, la congélation peut se faire au point eutectique de la solution,de manièr à former un mélange de cristaux de glace et de cristaux de sel. Le soutirage du froid,par l'intermédiaire d'une solution, de préférence ayant la même concentration et la même composition que oelle où la congélation s'est faite, se fait aussi, de préférence, à la température euteotique de la solution. En choisissant convenablement la substance dissoute, on peut faire varier,à volonté, cette température . Dans les variantes des figures 3 et 4, particulièrement, il convient de se servir de solutions à euteotique.
Revendications. l.- Méthode de production du froid dans des installations ré- frigérantes fonctionnant à des régimes variables, consistant à soumettre une solution d'une substance d.ans un solvant (lessive) à une température inférieure à son point de congélation, à l'aide d'un excès de froid disponible, à faible régime ou hors régime, ce qui fait passer le solvant ou la solution à l'état de phase solide, sous forme de cristaux, et à soutirer le froid à régime élevé de la phase solide ainsi formée en faisant passer cette phase à l'état de phase liquide.