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Procédé et dispositif pour produire de la glace, sans emploi d'un moyen secondaire de transport de chaleur ou de froid.
L'objet de l'invention est un dispositif pour congeler l'eau ou d'autres liquides ou masses, par l'évaporation d'une matière réfrigérante, sans emploi d'un moyen de transmission calorifique tel que l'eau salée, l'air eto., le dispositif étant notamment entièrement automatique.
On connaît des dispositifs dans lesquels les parois de l'évaporateur de matière réfrigérante sont touchées par le liquide à congeler, par exemple par l'eau, et, dès lors, l'eau se fige directement en glace, c'est à dire sans que l'on utilise une matière intermédiaire telle que l'eau salée etc.
Pour détacher la glace des parois de l'évaporateur, ce derniar doit être chauffé au-dessus du point de fusion. L'échauffement est provoqué à l'aide du gaz chaud provenant de la matière ré- frigérante, ou à l'aide de matière réfrigérante liquide, chaude, provenant du condenseur de l'installation de réfrigération.
Cette mesure exige toujours une interruption assez longue du processus de fabrication de la glace. Les dispositifs de déviation de la matière réfrigérante rendent les installations impropres au fonctionnement entièrement automatique.
De plus, on connaît aussi des installations de fabrication de glace fonctionnant sans matière intermédiaire, dans lesquelles l'évaporateur de matière réfrigérante ne doit pas être chauffé en vue de faire décoller la glace par dégel. Dans ces installations une bande à cellules à glace s'enroule, dans un bain d'eau, sur un évaporateur de matière réfrigérante en forme de tambour. Dans ces conditions, les blocs de glace formés dans les cellules sont enlevés, en dehors du bain d'eau, par action mécanique ou par échauffement. Ces procédés ont l'incon- vénient que la bande à cellules à glace gèle souvent sur l'é= vaporateur de matière réfrigérante et est soumis à de dures sollicitations lorsqu'elle s'en détache.
De plus, les différente éléments des bandes à cellules à glace sont soumis à une usure prononcée. De telles installations fonctionnent également mal du point de vue caloritechnique, car il se forme des couches de glace entre le tambour évaporateur de matière réfrigérante et la bande à cellules à glace; ces oouohes de glace ont une action isolante et allongent la durée de la congelation.
Enfin, le fait de ne pas retirer de l'eau à transformer en glace la chaleur nécessaire au processus du décollement par dégel, rend ces installations peu économiques.
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Le dispositif conforme à l'invention n'a pas les inconvénients des installations connues. Par suite de la suppression des bandes à cellules à glace, les parties mobiles qui, dans toutes les fabriques de glace, donnent toujours lieu à des difficultés d'exploitation, sont réduites au strict minimum. De plus, la chaleur utilisée pour décoller les blocs de glace par dégel, est reprise à l'eau à congeler, de sorte quel'on réalise un fonctionnement extrêmement économique. Conformément à l'invention, le dispositif se compose d'un évaporateur de matière réfrigérante (fig. 1) qui a, par exemple, la forme d'un cylindre et peut tourner autour de son axe médian a. Sa périphérie est constituée de manière à former des espaces b s'étendant, dans le sens transversal, sur toute la longueur de l'évaporateur cylindrique.
Les flasques sont recouverts de matière à mauvaise conductibilité calorifique. Les espaces b peuvent être divisés par des tôles intermédiaires d qui forment ainsi plusieurs alvéoles séparées plus petites. Au milieu de l'évaporateur se trouvent, en position fixe, non rotative, la conduite d'adduction e de la matière réfrigérante liquide constituant l'agent frigorifique et la conduite de départ f de la matière réfrigérante évaporée. Cette dernière porte, a sa partie inférieure et sur toute sa longueur, une fente d'aspiration g. Le prolongement de la conduite à liquide e s'étend jusqu'un peu au-dessus du niveau du liquide marqué h. L'évaporateur est placé dans un récipient rempli de la solution etc. à congeler et isolé calorifiquement de tous côtés.
Selon les dimensions des blocs de glace, le niveau du liquide se trouve plus ou moins - par exemple à environ 100 mm au-dessus du bord supérieur de l'évaporateur en forme de tambour. Sur la surface extérieure du tambour de l'évaporateur sont disposées, dans le sens longitudinal, des tôles 1, conductrices de chaleur. Les tôles intermédiaires d s'étendent jusqu'à hauteur des tôles conductrices de chaleur 1 et, outre qu'elles subdivisent les espaces b, elles servent également de conducteurs calorifiques.
Le dispositif fonctionne comme suit :
Le dispositif n'est que partiellement rempli de matière réfrigérante, par exemple jusqu'à un niveau tel que seules les surfaces intérieures de trois des rangées de cellules à glace soient touchées par elle (le niveau du liquide peut être maintenu constant à l'aide de dispositifs connus); cette matière réfrigérante s'évapore par exemple à -5 C. Il en résulte donc que la glace ne se forme que dans les trois rangées inférieures m, n et o. L'espace se trouvant au-dessus du niveau du liquide est rempli de matière réfrigérante évaporée. La formation de glace le long des parois des cellules touchées par les vapeurs n'est pas possible.
Le gaz se dégageant de la matière réfrigérante liquide, est aspiré par la fente d'aspiration g, de sorte qu'on ne peut avoir qu'un écoulement négligeable de gaz, donc aussi seulement un échange calorifique négligeable dans la partie supérieure du dispositif. Ce dernier est périodiquement mis en mouvement de rotation autour de son axe longitudinal, de sorte que toutes les rangées de cellules sont successivement mises en contact avec de la matière réfrigérante liquide et qu'il s'y forme de la glace. Par suite de ce moument de rotation, les cellules à glace sont donc touchées alternativement par de la matière réfrigérante liquide et gazeuse.
Lorsque les cellules à glace qui étaient en contact avec de la matière réfrigérante liquide et qui sont donc remplies de glace, viennent en contact avec de la matière réfrigérante
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gazeuse, la formation de la glace est interrompue et le prooessus du décollement par dégel commence. Avant de décrire ce dernier, il importe d'exposer le processus thermique côté eau.
L'eau nécessaire pour la production de la glace est introduite à la température normale, par exemple 12 C, dans le haut du récipient, dans lequel se trouve le tambour de l'évaporateur ; cette introduction se fait périodiquement, à savoir, un peu après une rotation partielle, à 30 dans l'exemple. L'eau vient en contact avec la glace se trouvant dans les cellules, provoque le dégel d'une partie de cette glace, de sorte que cette dernière se détache des parois des cellules. La température de l'eau s'abaisse et l'eau refroidie descend dans le récipient. Elle atteint seulement sa densité maximum lorsqu'elle vient en contact avec les parois des cellules touchées par la matière réfrigérante liquide qui s'évapore. Conformément à l'exemple d'exécution de la fig. l, il s'agit des parois constituant les espaces cellulaires m, n, o.
Avant que l'eau se transforme en glace dans ces cellules, elle se refroidit d'abord à la température à laquelle a lieu le changement de densité (4 0). Lorsque l'eau se refroidit davantage, elle tend à remonter. Cette ascension est cependant entravée et l'eau doit rester dans les cellules m, n, o et se fige en glace au cours du refroidissement qui se poursuit. On évite donc dans une large mesure le mouvement de bas en haut de l'eau dans le récipient, mouvement provoqué par l'action de la gravité thermique, et, dans la partie supérieure du récipient, l'eau sera toujours beaucoup plus chaude qu'à la partie inférieure, chose qui est aussi désirable pour la formation de la glace que pour le dégel.
La description du processus de décollement par dégel est la suivante :
Les tôles conductrices de chaleur 1 que l'on a placées, ainsi que les tôles intermédiaires d, ne sont pas touchées par la matière réfrigérante liquide; dans ces conditions, le dépôt de glace sur celles-ci ne sera pas aussi prononoé que sur les surfaces des cellules à glace touchées par la matière réfrigérante liquide qui s'évapore.
La glace se forme sensiblement comme il est indiqué sur la fig. 1 pour les cellules m, n, o. La hauteur des tôles 1 et d dépend de la différence de température entre la matière réfrigérante qui s'évapore et le point de fusion du liquide etc. à congeler. Plus cette différence de température est faible, plus le dépôt de glace le long du bord extérieur des tôles d et 1 est également réduit. Il en est de même pour la hauteur. Plus les tôles d et 1 sont hautes, plus mince est la couche de glace le long des bords extérieurs. Dès lors, quand les cellules à glace, donc aussi les tôles conductrices de chaleur d et 1 viennent, par le mouvement de rotation du tambour, dans les nappes chaudes de l'eau, les bosses de glace q fonderont d'abord et l'eau touchera directement les tôles conductrices de chaleur.
La chaleur de l'eau est transmise jusqu'aux parois des cellules à glace, une faible' partie de la glace fond, et la fissure qui se forme ainsi entre la bloc de glace et la paroi cellulaire, permet aux blocs de glace de se dégager.
Les blocs de glace montent à la surface de l'eau où, ils sont pris par un rateau qui les transporte vers le récipientmagasin d'où ils sont extraits au fur et à mesure des besoins.
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Grâce au dispositif décrit, la quantité de glace produite par unité de temps peut être augmentée dans une large mesure, si l'on choisit une grande différence de température entre la matière réfrigérante qui s'évapore et l'eau à congeler. Dans ce cas, l'eau se trouvant dans les cellules inférieures se fi- gera plus rapidement en glace, parce que la transmission de la chaleur au travers de la paroi de l'évaporateur, resp. au tra- vers de la paroi de la cellule à glace est plus forte. Il est vrai qu'on se trouve alors en présence du danger que le pro- cessus du dégel ne soit pas terminé après le passage aans les nappes d'eau plus chaudes et que les blocs de glace ne soient pas détachés.
En vue d'assurer le dégel, on loge dans les nap- pes d'eau supérieures une partie de la surface de réfrigéra- tion du condenseur, par exemple le refroidisseur, et de ce fait on'communique à l'eau, par écnange calorifique, la chaleur né- cessaire au dégel. Grâce à cette mesure, on réduit, il est vrai, quelque peu le facteur de rendement économique. Il sera toutefois souvent nécessaire de l'appliquer lorsqu'il s'agit de loger dans un espace déterminé un dispositif devant réaliser une production donnée. Selon les besoins, on peut prévoir 1 ou 2 ou encore plus de tuyaux r (voir fig. 2) reliés entre eux par des ponts s, afin qu'après le décollement, les blocs de glace ne puissent monter entre les tuyaux.
Les tôles conduc- trices de chaleur peuvent également être constituées sous for- me de tôles de contact qui viennent périodiquement en contact avec le refroidisseur.