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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,
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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.
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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.
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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.
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TUBULAR FREEZER.
The present invention relates to an apparatus intended for the manufacture of ice in cylindrical molds of small diameter, bathed on the outside by a cooling fluid, and aims to improve the conditions of the heat exchange between the water to be frozen and the fluid. cooler.
Currently known tubular freezers generally run the water to be frozen along the inner wall of small vertical tubes cooled externally.
The tubular freezer which is the object of the present invention is characterized by the fact that it comprises;
, in combination, an elongated envelope divided into three compartments by two transverse waterproof plates, a large central tube, mounted at both ends in said waterproof plates so as to connect the two end compartments, a bundle of freezer tubes, arranged in the annular space between the casing and the central tube and mounted in the same way as said tube, and a propeller, mounted in the axis of the central tube on a shaft coupled to a drive motor, to circulate the water to be frozen which fills the tube bundle, the central tube and the two end compartments, at least part of the ar-nular space being placed in communication, successively, with a cooling fluid circuit and with a demolding fluid circuit .
By way of examples, two embodiments of the invention have been described below and shown in the accompanying drawing, using cold brine as coolant.
Fig, 1 is a vertical section through the axis of the first embodiment,
Fig. 2 is a vertical section through the axis of the second embodiment,
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Figs. 3 and 4 schematically show the cold brine and lukewarm brine circuits, respectively of the first and second embodiments.
The first embodiment (fig. 1) comprises a vertical cylindrical casing 1 and an open central column 2 preferably comprising an insulating wall, between which is formed an annular space, limited at the top and bottom by plates 3 and 4 and in which the cold brine enters through the lower pipe 5 and leaves through the upper pipe 6. This annular space is provided with small freezer tubes 7, opening above the plate 3 and below the plate 4, and baffles 8 of the type which is the subject of French Patent No. 797.552 issued to the same inventor, said baffles forming a helical circuit around the central column 2.
The end plates of this baffle system are not interrupted for the passage of the brine and constitute two watertight partitions or false baffles 3 'and 4', limiting at the top and bottom of the annular space, two intervals in which the brine cold does not circulate, but which communicate via the pipes 5 'and 6' with a lukewarm brine circuit and thanks to the pipes 5 "and 6" with the part of the annular space between the false baffles 3 'and 4'.
The vertical cylinder 1 is provided with a cover 12 comprising a water supply pipe 13 and a pipe 14 for the expansion of the water at the time of freezing, while at the lower part the small tubes 7 open, as well as the central column 2, in a removable bottom 15 which communicates them and is provided with a drain 16.
In addition, the central column 2 'is provided at its base with a valve 17 formed by a very light flat disc, while a propeller 18, mounted in the axis of the central column 2, on a shaft 19, is driven by a motor 20 fixed above the cover 12 provided with a stuffing box 21; this propeller 18 rotates in a direction such that it creates a forced circulation upward in the central column 2 and downward in the freezer tubes 7, against the current of the circulation of the brine,
The operation is as follows: the tubes 7 are filled with water.
Thanks to the plates very close to the helical baffles 8, the brine circulates from bottom to top, at high speed and at low flow rate, in directions substantially normal to small freezer tubes 7. The best conditions for rapid freezing are thus obtained. water with a very small difference in temperature between the brine and the water, and this without danger of bursting the tubes. It is therefore possible to freeze the water to the core, to form full ice cylinders. You can of course stop freezing a little earlier in order to obtain hollow ice cylinders.
The cold brine is not allowed in the extreme intervals, the freezing of the water at the ends of the tubes 7 is not complete; the formation of ice on plates 3 and 4 is thus avoided and demoulding facilitated,
The forced circulation of the cooling water considerably improves the heat transmission coefficient, precisely on the side where it is normally the worst, that is to say, on the internal face of the freezer tubes 7, during cooling water or in contact with the layer of ice forming, when freezing has started.
When all the tubes are blocked by ice plugs, the propeller continues to stir the water from the central column 2, or else, in a variant, the engine is stopped automatically, by means of a relay of known type.
Demoulding is obtained by opening the drain 16, by removing the removable bottom 15 and by sending lukewarm brine in contact with the tube bundle, in the entire annular space between the plates 3 and 4, using the pipes 5 ', 6' and to the 5 ", 6 pipes It
The valve 17 retains in the central column 2 the cold water it contains. The water from the top of the apparatus and the water from the ice melt can be collected and returned by a pump for filling the freezer tubes 7.
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According to an improvement of the present invention, the lukewarm brine circuit, used for demolding, comprises a tank preferably placed in charge with respect to the freezer and in communication with the atmosphere so as to act as a vessel for the release of the mold. expansion. In this tank is placed a coil through which the freezer filling water passes; possibly a second coil with the refrigerant flowing through the condenser is substituted or. is added to the first. The reheating of the brine is thus a free operation, making it possible to recover the heat of fusion of the ice lost during demolding.
FIG. 3 is a diagram of this improvement. Pipes 5 and
6 communicate during freezing with the cold brine circuit of the evaporator-cooler 22, the valves 23 and 24 being open and the valves
25 and 26 closed. For demoulding, the valves 23 and 24 are closed and the valves 25 and 26 are opened, which allows free communication of the pipes 5 'and 6' with the lukewarm brine tank 27 provided with an expansion vessel 28. This reservoir 27 comprises two coils 29 and 30; one 29 is traversed by pure water serving to fill the freezer, the other 30 is placed on the liquefaction circuit of the refrigeration machine at the outlet of the condenser. The coil 29 may possibly be sufficient for reheating the lukewarm brine.
This, in fact, circulates in the freezer during demolding under the same favorable heat exchange conditions as the cold brine during freezing.
A brine having a temperature of only a few degrees above zero (+ 5 for example) thus makes it possible to obtain rapid detachment of the ice cream sticks formed in the freezer tubes 7.
The cold brine circulation pump 31 serves to circulate the lukewarm brine, alternately.
The second embodiment (FIG. 2) also comprises a vertical cylindrical casing 1, a central column 2 and small freezer tubes 7 mounted in sealed plates 3 and 4. Baffles 8 are arranged around the central column 2 to spare to cold brine which. enters by 5 and exits by 6, a substantially helical path. Two watertight bulkheads 3 'and 4' limit two extreme intervals which communicate through the 5 'and 6' pipes with a lukewarm brine circuit and by the 5 "and 6" pipes with the central main part between the 3 'and 4 partitions '.
On the other hand, the cover 12 does not have a gland; the shaft 19 of the propeller 18 is simply surrounded by a dip tube 32, provided with fins 33 and integral with the cover 12. This arrangement is made possible by the fact that the propeller 18 rotates in a direction such that it creates a downward circulation in the central column 2 and upward in the freezer tubes 7. In fact, the pressure of the circulating water is notably higher at the inlet than at the outlet of the freezer tubes 7, while the pressure drop in the central column 2 is relatively negligible. The pressure at the inlet of the tubes can even reach 2 meters of water when the tubes are closed by ice. In the first embodiment (fig. 1) this pressure is exerted at the top of the device; a cable gland is then necessary.
In the second embodiment (fig. 2), the same pressure is exerted at the base of the apparatus; the pressure at the top is very low and the cable gland is not essential.
Reversing the direction of circulation of the water to be frozen in this second embodiment results in the removal of the valve 17. The water contained in the central column 2 is simply collected in a tank and returned by an ejector or a pump. in an upper tank for subsequent filling of the device. The rapid opening of the bottom of the freezer 34 is facilitated by the presence of a closing plate 35.
The direction of circulation of the brines was not reversed at the same time as that of the water to be frozen. Indeed, this apparatus allows a speed of circulation of the water in the tubes 7 which renders the difference in the temperatures of the water from one end to the other of the tubes negligible, therefore rendering the advantage of the counter-current negligible. .
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FIG. 4 is a diagram of the circulation of the brines in this second embodiment. The cold brine circuit comprises a reservoir 36 and a pump 37; likewise, the lukewarm brine circuit, a reservoir 38 and a pump 39; the heating coils are omitted.
During freezing, the pipes 5 and 6 communicate with the cold brine circuit of the cooling evaporator 22, the pump 37 being on and the pump 39 off For demolding, the pump 37 is stopped and the pump is stopped. starts pump 39: lukewarm brine circulates in the annular space and transfers calories to the ice. After demoulding, the freezer is refilled and pump 39 is kept on and pump 37 off. After a very short time, the filling water has reheated the lukewarm brine to a temperature. sufficient temperature for the next demolding; the pump 39 is then stopped and the pump 37 is restarted.
It should be noted that although both embodiments of the invention, described by way of example, use brine as a cooling fluid, the invention is also applicable to a tubular freezer using direct expansion of gas. a refrigerant such as ammonia.
CLAIMS.
Having thus described our invention and reserving the right to make any improvements or modifications that we deem necessary, we claim as our exclusive and private property:
1 - Tubular freezer characterized by the fact that it comprises, in combination, an elongated envelope, divided into three compartments by two transverse sealed plates, a large central tube, mounted at its two ends in said sealed plates, so as to connect the two end compartments, a bundle of freezer tubes, 'arranged in the annular space between the casing and the central tube and mounted in the same way as said tube, and a propeller, mounted in the axis of the central tube on a shaft coupled to a drive motor,
to circulate the water to be frozen which fills the tube bundle, the central tube and the two outer compartments, at least part of the annular space being placed in communication, successively, with a cooling fluid circuit and with a circuit release fluid.