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Installation pour la production de glace en éclats.
La présente invention concerne une installation destinée à produire de la glace en éclats, dans laquelle la glace est formée dans des tubes verticaux, ouverts aux deux extrémités, raccordés en haut à une chambre à eau, et faisant partie de l'évaporateur d'une machine frigorifique par compres- sion, les barreaux de glace formés à l'intérieur de ces tubes traversés par l'eau à congeler étant périodiquement évacués des tubes par dégel.
Dans une installation de ce genre, la congélation à
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l'intérieur des tubes a lieu en partant de leur surface interne vers le centre de ces tubes. On a constaté que la glace produite de cette manière présente un degré de dureté plus élevé que celle qui est formée sur le pourtour exté- rieur de tubes de congélation et qui croit radialement vers l'extérieur au cours de la congélation. La glace produite par ce dernier procédé est particulièrement indiquée pour être appliqué dans des fabriques de produits chimiques, par exemple pour le refroidissement d'autoclaves, et pour certaines actions à exercer sur des processus de réaction.
De plus, la structure de cette glace est telle que la fonte ou le dégel ont lieu très rapidement, ce qui fait que certaines opérations sont faciles à régler lorsqu'on emploi de la glace à faible degré de dureté. Mais il existe également des applications, pour lesquelles l'utilisation d'une glace relativement dure présente de plus grands avantages que l'utilisation d'une glace de faible dureté.
On a donc déjà construit des installations permettant la production d'une glace relativement dure, c'est-à-dire compacte, et comportant au moins deux cuves contenant des tubes verticaux, ouverts aux deux extrémités, et raccordés en haut à une chambre à eau, ces tubes étant léchés extérieure- ment par la partie liquéfiée de l'agent frigorigène. Ces cuves sont alternativement le lieu d'une opération de dégel, destinée à détacher la glace formée dans les tubes de congélation, et declenchée par le fait qu'on fait passer l'agent frigorigène liquéfié de la cuve, dans laquelle doit avoir lieu le dégel, vers l'intérieur de l'autre cuve. Dans ces installations l'espace entre les enveloppes des cuves et les tubes de con- gélation qu'elles entourent est relativement grand.
L'incon- vénient qui en résulte consiste en ce qu'on doit refouler une quantité d'agent frigorigène liquéfié relativement importante d'une cuve vers l'autre à la fin de chaque opération de con- gélation, avant de pouvoir introduire dans la première cuve du gaz frigorigène chaud, destiné à provoquer le dégel des barreaux de glace formés à l'intérieur des tubes de congé- lation, et provenant de la partie à haute pression de la ma- chine frigorifique. L'opération du dégel est donc relativement
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longue, ce qui exerce un effet défavorable sur le rendement par unité de temps de l'installation.
Pour éviter cet inconvenient, et pour permettre en général la mise en oevre aussi rapide que possible de l'opé- ration du dégel dans une installation du genre précité, l'in- vention prévoit que chaque tube de congélation cylindrique est entouré d'un tube centré sur son axe et ménageant entre lui et le premier un intervalle annulaire dans lequel l'agent frigorigène est alternativement évaporé et condensé, et que l'extrémité inférieure des tubes de congélation traverse une zone de chauffage communiquant en permanence avec la partie à haute pression de la machine frigorifique. Au cours de la période de congélation, il suffit donc de faire circuler l'agent frigorigène dans les intervalles entre les tubes de congélation et les tubes concentriques qui les entourent.
Pour un rende- ment déterminé par unité de temps, il est alors possible de choisir le volume de la totalité des intervalles annulaires très inférieur au volume de l'espace d'évaporation qu'il faut prévoir lorsque un groupe de tubes de congélation est entouré d'une enveloppe commune. Il en résulte que, dans une installa- tion agencée suivant l'invention, la chute de pression que subit le gaz chaud introduit dans les intervalles pour provoquer le dégel est très inférieure à celle des installations connues.
Pour une même dépense de chaleur, on obtient donc une période de dégel plus courte.
La chaleur nécessaire au dégel est de préference fournie par des gaz chauds provenant de la partie à haute pression de la machine frigorifique, et introduits dans le bas des intervalles annulaires d'évaporation, à travers un obturateur commandé automatiquement en fonction du temps, ces gaz refoulant l'agent frigorigène liquifié de ces intervalles dans un réservoir intérmédiaire communiquant en permanence avec le compresseur. La zone de chauffage est de préférence prévue au-dessous d'un compartiment de distribution de l'agent frigorigène liquéfié correspondant aux tubes de congélation, et ledit obturateur commandé automatiquement en fonction du temps peut par exemple commander le passage de l'agent frigori- gène de la zone de chauffage dans ce compartiment de distribution.
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Le dessin annexé à titre d'exemple représente deux modes de réalisation de l'installation suivant l'invention.
La figure 1 est une vue, en partie schématique, et en partie en coupe verticale longitudinale, d'une installa- tion pour la production de glace en éclats, la partie en coupe étant reprécontée à une échelle lus grande que les autres parties de l'installation.
La figure 2 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1, mais concerne le deuxième mode de réalisation.
Sur la figure 1 du dessin, 1 désigne le compresseur d'une machine frigorifique, dont le conduit d'aspiration 2 aboutit à un réservoir intermédiaire 3. Le compresseur 1 re- foule dans un séparateur de lubrifiant 4, dont le compartiment collecteur de gaz est relié par un conduit 5 à un liquéfacteur 6. En 7 est indiqué un conduit qui relie le compartiment collecteur d'agent frigorigène liquéfié du liquéfacteur 6 à un robinet réducteur de pression 8 qui communique par un conduit 9 et un clapet de retenue 10 avec un compartiment 11 d'un distributeur 12 à deux compartiments.
Pendant le fonctionnement normal, c'est-à-dire pendant toute la période de production de glace, le compartiment 11 communique donc en permanence par l'intermédiaire du robinet réducteur de pression 8, avec le côté à haute pression de la machine frigorifique, c'est-à-dire avec la partie formée par le séparateur de lubrifiant 4, le conduit 5, le liquéfacteur 6 et le conduit 7. Un conduit 13 assure la communication entre le conduit 5 et un deuxième compartiment 14 du distributeur 12. Ce compartiment 14 forme une zone de chauffage située au-dessous du compartiment 11. Le passage de l'agent frigorigène du compartiment 14 dans le compartiment 11 est commandé par un obturateur 15, qui s'ouvre et se ferme automatiquement en fonction du temps, et qui est intercalé dans un conduit de raccordement 16.
Pendant la période de congélation, l'agent frigorigène introduit dans le compartiment 14 se condense dans celui-ci.
L'évaporateur de l'installation frigorifique à compres- sion représentée sur le dessin comporte des tubes verticaux
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cylindriques 17, à paroi mince, ouverts aux deux extrémités, et qui débouchent en haut dans une chambre à eau 18. L'extré- mité inférieure des tubes 17 traverse la zone de chauffage formée par le compartiment 14.Aucune glace ne peut donc se former dans cette extrémité, ce qui permet d'abréger la période de dégel. Chaque tube 17 est entouré avec un intervalle annulaire 19 par un tube concentrique 20. Les tubes 20, également à paroi mince, sont raccordés en bas à la partie du distributeur 12 qui limite le compartiment 11, et en haut à un collecteur 21. Ce dernier est relié par un conduit 22 au réservoir intermédiaire 3.
Un conduit 23, dans lequel est également intercalé un obturateur 24, commandé automatique- ment en fonction du temps, établit une communication entre le réservoir 3 et le conduit 9, c'est-à-dire avec un point situé , entre le robinet réducteur de pression 8 et le compartiment distributeur 11. Les obturateurs 15 et 24 sont toujours com- mandés simultanément par un commutateur à compteur chronomé- trique non représenté sur le dessin. L'extrémité inférieure des tubes de congélation 17 débouche au-dessus d'un bac 25 dans lequel est monté à rotation un cylindre 26 à couteaux, destiné à briser la glace descendant dans les tubes 17 pendant la période de dégel. Le bac 25 receuille l'eau résiduelle qui s'écoule encore des tubes 17. Une pompe 27 aspire cette eau pour la refouler dans la chambre à eau 18.
En 28 est indiqué un tamis incliné agencé dans le bac 25, et destiné à séparer l'eau de la glace réduite en éclats. En 29 est indiqué un conduit d'écoulement par trop-plein.
Dans la disposition d'une installation du genre décrit, il est facile de tenir compte de la tendence d'obtenir dans la partie basse pression de la machine frigorifique, c'est-à-dire dans l'évaporateur, autant que possible de petits volumes de gaz et de petits poids peide de masses, et d'augmenter autant que possible les espaces remplis d'agent frigorigène et le poids des masses dans la partie haute pression, en vue d'une accumu- lation de la chaleur. Par exemple, la largeur de l'intervalle
19 entre chaque tube de congélation 17 et son tube extérieur
20 peut être réduite à deux ou trois millimètres.
L'effet d'un agencement de ce genre est que le dégel peut être mis en oeuvre en très peu de temps, par exemple en 30 secondes, ce qui
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est dû entre autres au fait qu'il est possible d'établir pour le dégel une haute pression dans les intervalles 19, la chute de pression lors du passage des gaz chauds du liquéfac- teur 6, du séparateur de lubrifiant 4 et des conduits 5,7 vers les compartiments 14 et 11 et vers les intervalles 19, étant relativement réduite, tandis que la quantité de chaleur disponible pour le dégel est très grande. De préference, les divers éléments de l'installation sont proportionnés de telle manière que la quantité d'agent frigorigène contenue pendant la congélation dans la partie à haute pression de la machine génératrice de froid soit supérieure à 1 litre par Kg de glace produite en une heure.
Le fonctionnement de l'installation décrite est le suivant:
Lorsqu'on désire produire de la glace dans les tubes 17, on ferme l'obturateur 15 et on ouvre l'obturateur 24. De l'agent frigorigène liquéfié passe alors du liquéfacteur 6, par le robinet réducteur de pression 8 et le clapet de retenue 10, et du réservoir 3 par l'obturateur 24, dans le compartiment 11 du distributeur 12, et de celui-ci dans les intervalles annu- laires et cylindriques 19.
L'eau provenant de la chambre 18, qui ruisselle dans les tubes 17, est alors largement congelée par suite de l'échange de chaleur avec l'agent frigorigène amené à être evaporé dans les intervalles 19, tandis que le compartiment 14, formant une zone de chauffage alimentée en agent frigorigène par la partie à haute pression de la machine frigorifique, empêche toute formation de glace dans l'extrémité inférieure des tubes 17.
Lorsque la couche de glace formée à l'intérieur des tubes 17 après une période déterminée est suffisamment épaisse, l'obturateur 15 s'ouvre automatiquement, tandis que l'obtura- teur 24 se ferme automatiquement. La pompe de circulation 27 est arrêtée au même moment. Il seproduit alors une circula- tion d'agent frigorigène gazeux, chaud et fortement comprimé, passant du conduit 5 par le conduit 13, le compartiment inférieur 14, le conduit 16 et l'obturateur 15 alors ouvert, vers le compartiment supérieur 11 du distributeur 12, d'où le fluide pénètre dans le bas des intervalles annulaires
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cylindriques 19, refoulant devant lui l'agent frigorigène liquéfié que contient l'évaporateur, pour le faire passer dans le réservoir intermédiaire 3.
Les gaz chauds pénétrant dans le compartiment 11 et les intervalles 19, dont la pression est initialement relativement élevée, provoquent le dégel rapide des barreaux de glace tubulaire formés à l'intérieur des tubes 17, de sorte que ces barreaux tombent sous l'action de leur propre poids et arrivent dans la zone d'action du cylindre 26 garni de couteaux qu'on fait alors tourner à la main. Le cylindre tournant 26 brise les barreaux tubulaires de glace qui le touchent. Les éclats de glace ainsi obtenus tombent sur le tamis 28 qui en sépare également l'eau résiduelle.
La glace ainsi produite glisse sur le tamis 28 dans un entonnoir d'évacuation 30, tandis que l'eau traversant le tamis 28 s'égoutte et est recueillie dans le bac 25.
Dès que la période prévue pour le dégel est terminée, l'obturateur 24 est automatiquement ouvert tandis que l'obtu- rateur 15 est automatiquement fermé. De l'agent frigorigène liquéfié pénètre alors de nouveau dans le compartiment 11, tandis que de l'agent frigorigène gazeux, provenant de la partie à haute pression de la machine frigorifique, arrive dans le compartiment 14. Mais la communication entre les compartiments 11 et 14 est maintenant interrompue dans le conduit 16. D'autre part, la pompe de circulation 27 est remise en marche, de sorte que de la glace peut de nouveau se former sur la paroi intérieure des tubes 17. Les intervalles annulaires cylin- driques 19 sont donc alternativement le lieu d'une évaporation et d'une condensation de l'agent frigorigène.
Bien entendu, le mouvement de rotation du cylindre 26 peut aussi être produit à l'aide d'un moteur.
La chaleur nécessaire au dégel des barreaux de glace formés à l'intérieur des tubes 17 peut également être fournie par l'agent frigorigène liquifié provenant du liquéfacteur et arrivant dans le compartiment 11 en passant par le comparti- ment 14. A cet effet, le robinet réducteur de pression 8 de la figure 1 doit remplacer l'obturateur 15 dans le conduit 16, tandis que le conduit 9 doit être raccordé au compartiment 14.
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D'autre part, le robinet réducteur de pression doit être agencé de façon qu'il soit commandé automatiquement en fonction e du temps, et qu'il/produise aucune réduction de la pression de l'agent frigorigène liquéfié passant du compartiment 14 dans le compartiment 11 au cours du dégel.
Dans certaines conditions, il peut être avantageux de faire circuler l'agent frigorigène chaud, destiné au dégel dans les tubes 17, non pas de bas en haut, mais de haut en bas dans les intervalles 19 entourant les tubes 17. La figure 3 du dessin montre un mode de réalisation permettant cette manière d'opérer pendant le dégel. Les éléments indiqués sur cette figure, et correspondant à ceux de la figure 1, sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
Dans ce mode de réalisation que montre la figure 3, un accumulateur 31 d'agent frigorigène gazeux est intercalé dans le conduit 13. D'autre part, le compartiment inférieur 14 du collecteur à deux compartiments 12, raccordé à l'accumula- teur 31, ne communique pas par un conduit obturable avec le compartiment 11 de ce collecteur 12. Par contre, il est raccordé au collecteur 21 par un conduit 32 à obturateur 33, ce dernier s'ouvrant et se fermant périodiquement et automatiquement en fonction du temps. Dans le conduit 22, reliant ce collecteur 21 au réservoir intermédiaire 3, est également intercalé un obturateur 34 qui s'ouvre et se ferme périodiquement et auto- matiquement en fonction de temps.
D'un point de ce conduit 22, situé entre l'obturateur 34 et le réservoir intermédiaire 3, part un conduit de dérivation 35, raccordé en 36 au conduit 9, entre le robinet réducteur de pression 8 et le compartiment 11, et dans lequel est intercaléun clapet de retenue 37.
Entre le robinet réducteur de pression 8 et le point de raccor- dement 36 est intercalé dans le conduit 9 un obturateur 38 qui s'ouvre et se ferme en fonction du temps. En 39 est indiqué un conduit qui relie le réservoir intermédiaire 3 à un point 40 du conduit 9 situé entre l'obturateur 38 et le point 36.
En 41 est indiqué un clapet de retenue intercalé dans le conduit 39.
Les obturateurs 33, 34 et 38, commandés automatique- ment en fonction du temps, sont reliés cinématiquement les uns aux autres de telle manière que la fermeture de l'obturateur 33 entraîne l'ouverture des obturateurs 34, 38 et inversement.
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Pendant la période de congélation, les obturateurs 34 et 38 sont ouverts, tandis que l'obturateur 33 est fermé.
Au moment où doit avoir lieu le dégel de la glace formée à l'intérieur des tubes 17, l'obturateur 33 est auto- matiquement ouvert, tandis que les obturateurs 34 et 38 sont automatiquement fermés. La pompe de circulation 27 est arrêtée au même moment. L'agent frigorigène gazeux chaud et forte- ment comprimé que contient l'accumulateur 31 passe alors par le conduit 13 dans le compartiment 14 formant la zone de chauffage, et de celui-ci, par l'obturateur 33 et le conduit 32, dans le réservoir 21, et cet agent gazeux refoule alors devant lui le condensat dans le compartiment 14 communiquant en permanence avec l'accumulateur 31.
De ceréservoir 21, -l'agent frigorigène gazeux et chaud circule ensuite de haut en bas dans les-intervalles 19 vers le collecteur 11, ensuite vers le point 36, à travers le conduit de dérivation 35 et une partie du conduit 22 dans le réservoir intermédiaire 3, dans lequel il est de nouveau aspiré par le compresseur 1. L'agent frigorigène liquifié est alors constamment refoulé par l'agent gazeux. A la fin du dégel, l'obturateur 33 se referme automa- tiquement, tandis que les obturateurs 34 et 38 sont ouverts automatiquement, et une nouvelle opération de congélation commence.
REVENDICATIONS:
1. Installation pour la production de glace en éclats dans laquelle la glace est formée dans des tubes verticaux, ouverts aux deux extrémités, raccordes en haut à une chambre à eau, et faisant partie de l'évaporateur d'une machine fri- gorifique par compression, tandis que les barreaux de glace formés dans les tubes traversés par l'eau à congeler sont éliminés périodiquement par dégel, caractérisée en ce que chacun des tubes de congélation cylindriques est entouré d'un tube concentrique ménageant entre lui et le premier un inter- valle annulaire cylindrique dans lequel l'agent frigorigène est alternativement évaporé et condensé, tandis que l'extrémité inférieure des tubes de congélation traverse une zone de chauffa- ge communiquant en permanence avec la partie à haute pression de la machine frigorifique.
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