<Desc/Clms Page number 1>
CONGELATEUR TUBULAIRE.
La présente invention concerne un appareil destiné à la fabrication de la glace en mouleaux cylindriques de faible diamètre, baignés extérieurement par un fluide refroidisseur, et a pour but d'améliorer les conditions de l'échange calorifique entre l'eau à congeler et le fluide refroidisseur.
Les congélateurs tubulaires actuellement connus font généralement ruisseler l'eau à congeler le long de la paroi interne de petits tubes verticaux refroidis extérieuremento
Le congélateur tubulaire qui fait l'objet de la présente inven- tion est caractérisé par le fait qu'il comporte;
, en combinaison, une enveloppe allongée divisée en trois compartiments par deux plaques étanches transversales, un large tube central, monté à ses deux extrémités dans lesdites plaques étanches de façon à relier les deux compartiments extrêmes, un faisceau de tubes congélateurs, disposés dans l'espace annulaire compris entre l'enveloppe et le tube central et montés de la même manière que ledit tube, et une hélice, montée dans l'axe du tube central sur un arbre accouplé à un moteur d'entraînement, pour mettre en circulation l'eau à congeler qui remplit le faisceau tubulaire, le tube central et les deux compartiments extrêmes, une partie au moins de l'espace ar-nulaire étant mise en communication, successivement, avec un circuit de fluide refroidisseur et avec un circuit de fluide de démoulage.
A titre d'exemples, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé deux formes de réalisation de l'invention, utilisant comme fluide refroidisseur de la saumure froide.
La fig, 1 est une coupe verticale par l'axe de la première forme de réalisation,
La fig. 2 est une coupe verticale par l'axe de la seconde forme de réalisation,
<Desc/Clms Page number 2>
Les fig. 3 et 4 représentent, schématiquement, les circuits de saumure froide et de saumure tiède,respectivement de la première et de la deu- xième formes de réalisation.
La première forme de réalisation (fig. 1) comporte une enveloppe cylindrique verticale 1 et une colonne centrale ouverte 2 comportant de préférence une paroi isolante, entre lesquelles est ménagé un espace annulaire, limité en haut et en bas par des plaques 3 et 4 et dans lequel la saumure froide entre par le tuyau inférieur 5 et sort par le tuyau supérieur 6. Cet espace annulaire est muni de petits tubes congélateurs 7, débouchant au-dessus de la plaque 3 et au-dessous de la plaque 4, et de chicanes 8 du type qui fait l'objet du brevet français n 797. 552 délivré au même inventeur, lesdites chicanes formant un circuit hélicoïdal autour de la colonne centrale 2.
Les plateaux extrêmes de ce système de chicanes ne sont pas interrompus pour le passage de la saumure et constituent deux cloisons étanches ou fausses chicanes 3' et 4', limitant en haut et en bas de l'espace annulaire, deux intervalles dans lesquels la saumure froide ne circule pas, mais qui communiquent par les tuyaux 5' et 6' avec un circuit de saumure tiède et grâce aux tubulures 5" et 6" avec la partie de l'espace annulaire comprise entre les fausses chicanes 3' et 4'.
Le cylindre vertical 1 est muni d'un couvercle 12 comportant une tubulure d'amenée d'eau 13 et une tubulure 14 pour l'expansion de l'eau au moment de la congélation, tandis qu'à la partie inférieure les petits tubes 7 s'ouvrent, ainsi que la colonne centrale 2, dans un fond amovible 15 qui les fait communiquer et est muni d'une vidange 16.
En outre, la colonne centrale 2' est munie à sa base d'un clapet 17 constitué par un disque plat très léger, tandis qu'une hélice 18, montée dans l'axe dé la colonne centrale 2, sur un arbre 19, est entraînée par un moteur 20 fixé au-dessus du couvercle 12 muni d'un presse-étoupe 21; cette hélice 18 tourne dans un sens tel qu'elle crée une circulation forcée ascendante dans la colonne centrale 2 et descendante dans les tubes congélateurs 7, à contre-courant de la circulation de la saumure,
Le fonctionnement est le suivant : les tubes 7 sont remplis d'eau.
Grâce aux plateaux très rapprochés des chicanes hélicoïdales 8, la saumure circule de bas en haut, à grande vitesse et à faible débit, selon des directions sensiblement normales aux petits tubes congélateurs 7. On réunit ainsi, les meil- leures conditions pour une congélation rapide de l'eau avec' un très faible écart de température entre la saumure et l'eau, et ceci sans danger d'éclatement des tubes. Il est donc possible de congeler l'eau à coeur, pour former des cylindres de glace pleins. On peut naturellement arrêter la congélation un peu plus tôt de manière à obtenir des cylindres de glace creux.
La saumure froide n'étant pas admise dans les intervalles extrêmes, la congélation de l'eau aux extrémités des tubes 7 n'est pas totale; la formation de glace sur les plaques 3 et 4 est ainsi évitée et le démoulage facilité,
La circulation forcée de l'eau en refroidissement améliore considérablement le coefficient de transmission de la chaleur, précisément du côté où il est normalement le moins bon, c'est-à-dire, sur la face interne des tubes congélateurs 7, pendant le refroidissement de l'eau ou au contact de la couche de glace en formation, quand la congélation a commencé.
Au moment où tous les tubes se trouvent obstrués par des bouchons de glace, l'hélice continue à brasser l'eau de la colonne centrale 2, ou bien, dans une variante, le moteur est arrêté automatiquement, par l'intermédiaire d'un relais de type connu.
Le démoulage s'obtient en ouvrant la vidange 16, en démontant le fond amovible 15 et en envoyant de la saumure tiède au contact du faisceau tubulaire, dans la totalité de l'espace annulaire compris entre les plaques 3 et 4, grâce aux tuyaux 5', 6' et aux tubulures 5", 6 Il
Le clapet 17 retient dans la colonne centrale 2 l'eau froide qu'elle contient. L'eau de la partie supérieure de l'appareil et l'eau de fusion de la glace peuvent être recueillies et renvoyées par une pompe pour le remplissage des tubes congélateurs 7.
<Desc/Clms Page number 3>
Suivant un perfectionnement de la présente invention, le circuit de saumure tiède, servant au démoulage, comporte un réservoir placé de préfé- rence en charge par rapport au congélateur et en communication avec l'atmosphè- re de manière à tenir lieu de vase d'expansion. Dans ce réservoir est disposé un serpentin dans lequel passe l'eau de remplissage du congélateur; éventuelle- ment un second serpentin parcouru par le fluide frigorigène sortant du conden- seur se substitue ou. s'ajoute au premier. Le réchauffage de la saumure est ain- si une opération gratuite, permettant de récupérer la chaleur de fusion de la glace perdue au démoulage.
La figure 3 est un schéma de ce perfectionnement. Les tuyaux 5 et
6 communiquent pendant la congélation avec le circuit de saumure froide de l'é- vaporateur-refroidisseur 22, les vannes 23 et 24 étant ouvertes et les vannes
25 et 26 fermées. Pour le démoulage, on ferme les vannes 23 et 24 et on ouvre les vannes 25 et 26, ce qui permet la libre communication des tuyaux 5' et 6' avec le réservoir de saumure tiède 27 muni d'un vase d'expansion 28. Ce réser- voir 27 comporte deux serpentins 29 et 30; l'un 29, est parcouru par l'eau pure servant à remplir le congélateur, l'autre 30 est placé sur le circuit de liqué- faction de la machine frigorifique à la sortie du condenseur. Le serpentin 29 peut éventuellement suffire au réchauffage de la saumure tiède.
Celle-ci, en effet, circule dans le congélateur pendant le démoulage dans les mêmes conditions favorables d'échange de chaleur que la saumure froide pendant la congélation.
Une saumure ayant une température de quelques degrés seulement au-dessus de zé- ro (+ 5 par exemple) permet ainsi d'obtenir un décollage rapide des bâtons de glace formés dans les tubes congélateurs 7.
La pompe de circulation 31 de la saumure froide sert à la circulation de la saumure tiède, alternativement.
La seconde forme de réalisation (fig. 2) comporte également une enveloppe cylindrique verticale 1, une colonne centrale 2 et des petits tubes congélateurs 7 montés dans des plaques étanches 3 et 4. Des chicanes 8 sont disposées autour de la colonne centrale 2 pour ménager à la saumure froide qui. entre par 5 et sort par 6, un trajet sensiblement hélicoïdal. Deux cloisons étanches 3' et 4' limitent deux intervalles extrêmes qui communiquent par les tubulures 5' et 6' avec un circuit de saumure tiède et par les tubulures 5" et 6" avec la partie principale médiane comprise entre les cloisons 3' et 4'.
Par contre, le couvercle 12 ne comporte pas de presse-étoupe; l'arbre 19 de l'hélice 18 est simplement entouré d'un tube plongeur 32, muni d'ailettes 33 et solidaire du couvercle 12. Cette disposition est rendue possible par le fait que l'hélice 18 tourne dans un sens tel qu'elle crée une circulation descendante dans la colonne centrale 2 et ascendante dans les tubes congélateurs 7. En effet, la pression de l'eau en circulation est notablement plus élevée à l'entrée qu'à la sortie des tubes congélateurs 7, tandis que la perte de charge dans la colonne centrale 2 est relativement négligeable. La pression à l'entrée des tubes peut même atteindre 2 mètres d'eau quand les tubes sont fermés par la glace. Dans la première forme de réalisation (fig. 1) cette pression s'exerce au sommet de l'appareil; une presse-étoupe est alors nécessaire.
Dans la seconde forme de réalisation (fig. 2), la même pression s'exerce à la base de l'appareil; la pression au sommet est très faible et le presse-étoupe n'est pas indispensable.
L'inversion du sens de circulation de l'eau à congeler dans cette seconde forme de réalisation, entraîne la suppression du clapet 17. L'eau contenue dans la colonne centrale 2 est simplement recueillie dans un bac et renvoyée par un éjecteur ou une pompe dans un réservoir supérieur pour le remplissage ultérieur de l'appareil. L'ouverture rapide du fond du congélateur 34 est facilitée par la présence d'une plaque de fermeture 35.
Le sens de circulation des saumures n'a pas été inversé en même temps que celui de l'eau à congeler. En effet, cet appareil permet une vitesse de circulation de l'eau dans les tubes 7 qui rend négligeable la différence des températures de 1"eau d'une extrémité à l'autre des tubes, donc rend négligeable l'avantage du contre-courant.
<Desc/Clms Page number 4>
La figure 4 est un schéma de la circulation des saumures dans ce deuxième mode de réalisation. Le circuit de saumure froide comporte un réservoir 36 et une pompe 37; de même, le circuit de saumure tiède, un réservoir 38 et une pompe 39; les serpentins de réchauffage sont supprimés.
Pendant la congélation, les tubulures 5 et 6 communiquent avec le circuit de saumure froide de l'évaporateur refroidisseur 22, la pompe 37 étant en marche et la pompe 39 à l'arrête Pour le démoulage, on arrête la pom- pe 37 et on met en marche la pompe 39 : la saumure tiède circule dans l'espace annulaire et cède des calories à la glace. Après le démoulage, on remplit à nouveau le congélateur et on maintient la pompe 39 en marche et la pompe 37 à l'arrêt.Au bout d'un temps très court, l'eau de remplissage a réchauffé la sau- mure tiède à une température suffisante pour le démoulage suivant; on arrête alors la pompe 39 et on remet en marche la pompe 37.
Il convient de noter que bien que les deux formes de réalisation de l'invention, décrites à titre d'exemples, utilisent de la saumure comme fluide refroidisseur, l'invention est également applicable à un congélateur tu- bulaire utilisant la détente directe d'un fluide frigorigène tel que l'ammonia- que.
REVENDICATIONS.
Ayant ainsi décrit notre invention et nous réservant d'y appor- ter tous perfectionnements ou modifications qui nous paraitraient nécessaires, nous revendiquons comme notre propriété exclusive et privative :
1 - Congélateur tubulaire caractérisé par le fait qu'il comporte, en combinaison, une enveloppe allongée, divisée en trois compartiments par deux plaques étanches transversales, un large tube central, monté à ses deux extrémi- tés dans lesdites plaques étanches, de façon à relier les deux compartiments extrêmes, un faisceau de tubes congélateurs,'disposés dans l'espace annulaire compris entre l'enveloppe et le tube central et montés de la même manière que ledit tube, et une hélice, montée dans l'axe du tube central sur un arbre accou- plé à un moteur d'entraînement,
pour mettre en circulation l'eau à congeler qui remplit le faisceau tubulaire le tube central et les deux compartiments extiemes, une partie au moins de 1 espace annulaire étant mise en communication, suc- cessivement, avec un circuit de fluide refroidisseur et avec un circuit de flui- de de démoulage.