CA3069841A1 - Installation frigorifique - Google Patents

Abstract

L'invention concerneune installation frigorifique (5) comprenant: une première enceinte (10) contenant de l'eau à l'état liquide (14) à une température inférieure ou égale à la température du point triple de l'eauou supérieure à la température du point triple de l'eau de moins de 10°C et de l'eau à l'état gazeux (11)à une première pression égale à la pression de vapeur saturante de l'eau en équilibre avec la pression de l'eau à l'état liquide (14); une deuxième enceinte (30) à une deuxième pression supérieure strictement à la première pression d'au moins un facteur deux; un dispositif de compression(32) reliant la première enceinte à la deuxième enceinte; un dispositif de condensation(34) adapté à condenser l'eau à l'état gazeux dans la deuxième enceinte en eau à l'état liquide; et un dispositif (24) d'extraction de puissance froide dans la première enceinte.

Description

INSTALLATION FRIGORIFIQUE
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR17/57207 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
Domaine La présente demande concerne une installation frigorifique.
Exposé de l'art antérieur Une installation frigorifique peut être utilisée dans de nombreuses applications différentes.
Un exemple d'utilisation d'une installation frigorifique concerne un système de climatisation, notamment dans le cadre d'un réseau de froid urbain ou pour un centre de données.
Un autre exemple d'utilisation d'une installation frigorifique concerne un système de production de neige artificielle, par exemple pour l'enneigement de stations de ski dans le cas de faibles chutes de neige dues aux conditions météorologiques ou inhérentes à la situation géographique des stations.
De manière générale, pour tout convertisseur d'énergie thermomécanique, et notamment pour une installation frigorifique, on appelle coefficient de performance (COP) le rapport entre la puissance thermique produite par le système (quantité de chaleur

2 chaude Qch ou quantité de chaleur froide 0 -ref) et le travail fourni au système (travail W). Il est généralement souhaitable que le COP soit le plus élevé possible, ce qui traduit un bon rendement énergétique du système et induit une faible consommation énergétique, sachant que la consommation énergétique comprend la consommation électrique du système.
Il existe différents types d'installations frigorifiques pouvant être utilisées notamment dans des systèmes de production de neige artificielle. Des premiers systèmes de production de neige artificielle sont des systèmes ouverts à l'air ambiant, du type canon à neige ou perche à neige, et mettent généralement en oeuvre la pulvérisation d'un mélange d'eau et d'air qui se cristallise au contact de l'air ambiant. L'air peut provenir d'une source d'air comprimé dont la détente entraîne la formation de neige. Un inconvénient de ces systèmes est qu'ils ne peuvent fonctionner que sur des plages de température et d'hygrométrie réduites, généralement à une température inférieure à -2 C et à une hygrométrie supérieure à 30 %. Des deuxièmes systèmes de production de neige artificielle comprennent des systèmes ouverts, tels que décrits dans la demande de brevet W02012/104787. La consommation électrique de tels systèmes de production de neige varie généralement de 20 kWh à 40 kWh par mètre cube de neige produite, ce qui est plus faible que les deuxièmes et troisièmes systèmes de production de neige.
Toutefois, de tels systèmes de production nécessitent la construction de tours de refroidissement et présentent donc un coût de construction trop élevé pour une exploitation à grande échelle.
Des troisièmes systèmes de production de neige artificielle comprennent des systèmes fermés du type réfrigérateur comportant un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur. Un inconvénient est que le coP est généralement faible, en général de l'ordre de 2 à 4. En outre, la consommation électrique de tels systèmes de production de neige peut être

3 élevée, par exemple de 40 kWh à 120 kWh par mètre cube de neige produite.
Des quatrièmes systèmes de production de neige artificielle comprennent des systèmes fermés mettant en oeuvre des procédés cryogéniques comprenant notamment la formation d'un mélange d'eau et d'un gaz cryogénique, notamment de l'azote ou du dioxyde de carbone. Même si le COP d'un tel système de production de neige peut être élevé, il faut tenir compte de l'énergie nécessaire à la production du fluide cryogénique. De ce fait, la consommation globale de tels systèmes de production de neige peut être supérieure à plusieurs centaines de kWh par mètre cube de neige produite, ce qui entraîne un coût d'exploitation trop élevé
pour une exploitation à grande échelle et d'importantes contraintes logistiques.
Il serait souhaitable de prévoir une installation de production de froid, notamment pour un système de climatisation ou pour un système de production de neige artificielle, ayant un COP élevé, notamment supérieur à 6, de préférence supérieur à 10, et dont la consommation électrique soit faible, en particulier lorsque l'installation frigorifique est installée dans un système de production de neige dont la consommation est inférieure à
5 kWh, de préférence inférieure à 3 kWh par mètre cube de neige produite. Il serait en outre souhaitable que l'installation frigorifique puisse fonctionner normalement sur une plage étendue de températures ambiantes, en particulier à des températures positives, et de préférence jusqu'à 25 C, voire jusqu'à 35 C.
Résumé
Ainsi, un objet d'un mode de réalisation est de pallier au moins en partie les inconvénients des installations frigorifiques décrites précédemment.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que le COP
de l'installation frigorifique est supérieur à 6, de préférence supérieur à 10.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que la consommation électrique de l'installation frigorifique est

4 réduite, en particulier, lorsque l'installation frigorifique est installée dans un système de production de neige, inférieure à
kWh par mètre cube de neige produite, de préférence inférieure à 3 kWh par mètre cube de neige produite.

5 Un autre objet d'un mode de réalisation est que l'installation frigorifique peut fonctionner à une température ambiante comprise entre -30 C et +25 C, de préférence entre -30 C et +35 C.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que le coût de construction de l'installation frigorifique est réduit.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit une installation frigorifique comprenant :
une première enceinte contenant de l'eau à l'état liquide à une température inférieure ou égale à la température du point triple de l'eau ou supérieure à la température du point triple de l'eau de moins de 10 C, de préférence de moins de 5 C, et de l'eau à l'état gazeux à une première pression égale, à 10 %
près, à la pression de vapeur saturante de l'eau en équilibre avec la pression de l'eau à l'état liquide dans la première enceinte, notamment égale, à 10 % près, à la pression de vapeur saturante de l'eau à la température du point triple de l'eau ;
une deuxième enceinte à une deuxième pression supérieure strictement à la première pression d'au moins un facteur deux ;
un dispositif de compression reliant la première enceinte à la deuxième enceinte ;
un dispositif de condensation logé en partie dans la deuxième enceinte et adapté à condenser l'eau à l'état gazeux dans la deuxième enceinte en eau à l'état liquide ; et un dispositif d'extraction de puissance froide dans la première enceinte.
Selon un mode de réalisation, l'installation comprend un dispositif de chauffage de l'eau à l'état gazeux dans la première enceinte destinée à alimenter le dispositif de compression.

Selon un mode de réalisation, la première enceinte contient en outre de l'eau à l'état solide à une température inférieure ou égale à la température du point triple de l'eau.
Selon un mode de réalisation, l'eau circule en circuit 5 fermé dans l'installation.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de condensation comprend un premier échangeur de chaleur à
l'extérieur de la deuxième enceinte et des moyens de mise en circulation d'un premier fluide caloporteur autour de la deuxième enceinte au travers du premier échangeur de chaleur.
Selon un mode de réalisation, le premier fluide caloporteur est l'air ambiant ou de l'eau d'un cours d'eau, d'une étendue d'eau ou d'une nappe d'eau.
Selon un mode de réalisation, la deuxième pression dans la deuxième enceinte est inférieure ou égale à 10000 Pa (100 mbar), de préférence inférieure ou égale à 6000 Pa (60 mbar).
Selon un mode de réalisation, le dispositif d'extraction de puissance froide comprend un circuit hydraulique dans lequel circule une partie ou la totalité de l'eau à l'état liquide présente dans la première enceinte, le circuit hydraulique comprenant un deuxième échangeur de chaleur situé à l'extérieur de la première enceinte.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d'extraction de puissance froide comprend un circuit hydraulique fermé dans lequel circule un deuxième fluide caloporteur, le circuit hydraulique comprenant un deuxième échangeur de chaleur situé à
l'extérieur de la première enceinte et un troisième échangeur de chaleur disposé dans la première enceinte.
Selon un mode de réalisation, l'installation frigorifique comprend une troisième enceinte dans laquelle est situé le deuxième échangeur de chaleur délivrant la puissance froide à l'utilisateur final, la troisième enceinte contenant par exemple de l'eau à l'état solide.

6 Selon un mode de réalisation, le dispositif de chauffage comprend une source d'un rayonnement infrarouge et/ou une source d'un rayonnement micro-onde.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de chauffage est adapté à chauffer l'eau à l'état gazeux dans la première enceinte destinée à alimenter le dispositif de compression d'au moins 2 C, de préférence d'au moins 10 C, plus préférentiellement d'au moins 20 C.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de compression comprend au moins un compresseur de type turbomachine, notamment un compresseur centrifuge et/ou un compresseur axial.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de compression comprend une succession d'étages, chaque étage comprenant un rotor et un stator.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de compression est un compresseur de Tesla.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de compression comprend un premier étage de compresseur à taux de compression fixe et un deuxième étage de compresseur à taux de compression commandable.
Selon un mode de réalisation, l'installation frigorifique comprend, en outre, dans la première enceinte, un dispositif mécanique de protection du dispositif de compression contre l'admission de particules à l'état solide et/ou liquide.
Selon un mode de réalisation, l'installation frigorifique comprend une conduite d'apport d'eau à l'état liquide dans la première enceinte.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de condensation comprend au moins une buse de projection de gouttelettes d'eau à l'état liquide dans la deuxième enceinte.
Selon un mode de réalisation, l'installation comprend, en outre, un système de régulation de la différence de pression entre la deuxième enceinte et la première enceinte.
Selon un mode de réalisation, le système de régulation comprend une turbine de détente configurée pour détendre de l'eau

7 à l'état gazeux depuis la deuxième enceinte et refouler un mélange contenant de l'eau à l'état gazeux et de l'eau à l'état liquide dans la première enceinte.
Selon un mode de réalisation, la première enceinte comprend au moins un réservoir d'eau à l'état liquide et dans laquelle ledit mélange est refoulé dans l'eau à l'état liquide contenue dans ledit réservoir.
Un mode de réalisation prévoit également un système de production de neige artificielle comprenant une installation frigorifique telle que définie précédemment.
Un mode de réalisation prévoit également un système de climatisation destiné aux installations industrielles, collectives et privées comprenant une installation frigorifique telle que définie précédemment, notamment dans le cadre d'un réseau de froid urbain ou pour un centre de données.
Un mode de réalisation prévoit également un procédé de production de froid comprenant les étapes suivantes :
amener dans une première enceinte de l'eau à l'état liquide à une température inférieure ou égale à la température du point triple de l'eau ou supérieure à la température du point triple de l'eau de moins de 10 C, de préférence de moins de 5 C, et former de l'eau à l'état gazeux à une première pression égale, à 10 % près, à la pression de vapeur saturante de l'eau en équilibre avec la pression de l'eau à l'état liquide dans la première enceinte, notamment égale, à 10 % près, à la pression de vapeur saturante de l'eau ;
comprimer de l'eau à l'état gazeux de la première enceinte vers une deuxième enceinte à une deuxième pression supérieure strictement à la première pression d'au moins un facteur deux ;
condenser l'eau à l'état gazeux dans la deuxième enceinte en eau à l'état liquide ; et extraire de la puissance froide dans la première enceinte.

8 Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre l'étape de chauffage de l'eau à l'état gazeux dans la première enceinte destinée à être comprimée.
Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'une installation frigorifique ;
les figures 2 à 4 représentent des diagrammes enthalpie-pression de l'eau illustrant le fonctionnement de l'installation frigorifique représentée en figure 1 ;
la figure 5 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation plus détaillé d'une partie de l'installation frigorifique de la figure 1 ;
les figures 6 et 7 sont des vues en coupe, partielles et schématiques, de modes de réalisation plus détaillés d'une autre partie de l'installation frigorifique de la figure 1 ;
la figure 8 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'une installation frigorifique ;
la figure 9 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation plus détaillé d'une partie de l'installation frigorifique de la figure 8 ; et la figure 10 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'une installation frigorifique.
Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. En outre, seuls les éléments utiles à la compréhension de la présente description ont été représentés et sont décrits. En particulier, les

9 compresseurs et les échangeurs de chaleur sont bien connus de l'homme de l'art et ne sont pas décrits en détail. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence à l'orientation des figures ou à une installation frigorifique dans une position normale d'utilisation. Dans la suite de la description, sauf indication contraire, les termes "sensiblement", "environ", "approximativement" et "de l'ordre de" signifient "à 10 % près", de préférence "à 5 % près".
Dans la suite de la demande, on appelle "eau" le composé
chimique H20 qui peut être à l'état liquide, solide ou gazeux. En outre, on utilise par la suite indifféremment les expressions "eau à l'état gazeux" ou "vapeur d'eau". Dans la suite de la demande, on utilise l'expression "eau liquide" ou "eau à l'état liquide"
pour désigner indifféremment de l'eau pure à l'état liquide ou de l'eau à l'état liquide correspondant au solvant d'une solution aqueuse contenant en outre au moins un soluté. En outre, dans la suite de la description, l'expression "point triple de l'eau"
signifie "point triple de l'eau pure".
Des modes de réalisation d'installations frigorifiques utilisant de l'eau à l'état liquide vont maintenant être décrits.
il est clair que, dans ces modes de réalisation, l'eau à l'état liquide peut correspondre au solvant d'une solution aqueuse, c'est-à-dire que des additifs peuvent être ajoutés à l'eau à
l'état liquide.
La figure 1 représente un mode de réalisation d'une installation frigorifique 5.
L'installation frigorifique 5 comprend :
une première enceinte 10 à basse pression, étanche aux gaz par rapport au milieu extérieur et isolée thermiquement par rapport au milieu extérieur, la première enceinte 10 à basse pression contenant, en fonctionnement, essentiellement de la vapeur d'eau 11 ;
un réservoir 12 contenant de l'eau liquide 14, et, lors d'un fonctionnement en régime stationnaire de l'installation 5 frigorifique 5, de l'eau à l'état solide 15, le réservoir 12 étant situé dans la première enceinte 10 à basse pression et étant ouvert sur le volume interne de la première enceinte 10 à basse pression ;
une conduite 18 d'apport d'eau liquide dans le réservoir

10 12 ;
un élément de protection 20, logé dans la première enceinte 10 à basse pression, recouvrant la surface libre de l'eau liquide 14 et empêchant la projection d'éclaboussures d'eau liquide hors du réservoir 12 ;
au moins un dispositif de chauffage 22 d'au moins une partie de la vapeur d'eau dans la première enceinte 10 à basse pression ;
un dispositif 24 d'extraction de puissance froide dans le réservoir 12, par exemple un dispositif de récupération de l'eau à l'état solide relié au réservoir 12 ;
une deuxième enceinte 30 à basse pression, étanche aux gaz par rapport au milieu extérieur et isolée thermiquement par rapport au milieu extérieur, la pression dans la deuxième enceinte à basse pression étant supérieure à la pression dans la première 25 enceinte 10 à basse pression ;
un compresseur 32, également appelé dispositif de compression, par exemple un turbocompresseur, une turbine ou un compresseur de Tesla, reliant la première enceinte 10 à basse pression à la deuxième enceinte 30 à basse pression, recevant 30 strictement de la vapeur d'eau de la première enceinte 10 à basse pression et fournissant de la vapeur d'eau comprimée à la deuxième enceinte 30 à basse pression ;
un dispositif de condensation 34, également appelé
condenseur 34, adapté à liquéfier la vapeur d'eau présente dans la deuxième enceinte 30 à basse pression, le condenseur 34 étant

11 en partie logé dans la deuxième enceinte 30 à basse pression et comprenant par exemple un échangeur de chaleur refroidi par l'air ambiant, le condenseur 34 comprenant des moyens, par exemple un ventilateur 36, pour faire circuler de l'air ambiant au travers de l'échangeur de chaleur ;
une conduite 38 de récupération de l'eau liquide produite par le condenseur 34 ; et un module de traitement 40 relié au dispositif de chauffage 22, au compresseur 32 et au condenseur 34 et adapté à
commander le dispositif de chauffage 22, le compresseur 32 et le condenseur 34.
Lorsque l'installation frigorifique 5 fonctionne en cycle ouvert, l'eau liquide 14 contenue dans le réservoir 12 peut être de l'eau provenant directement du système de distribution d'eau courante, ou de l'eau douce, notamment de l'eau provenant d'un cours d'eau ou de l'eau provenant d'une retenue collinaire.
Dans le cas où l'installation frigorifique 5 fonctionne en cycle fermé, la conduite 38 peut être reliée à la conduite 18.
L'installation frigorifique 5 peut, en outre, comprendre un système 42 de régulation de la différence de pression entre la deuxième enceinte 30 à basse pression et la première enceinte 10 à basse pression. Le système 42 peut correspondre à un système de vanne commandée, à un système à capillaire, à un système de turbine de détente ou à un système de déverseur, et est adapté à maintenir la différence de pression entre la deuxième enceinte 30 à basse pression et la première enceinte 10 à basse pression à une valeur sensiblement constante.
Le module de traitement 40 peut correspondre à un circuit dédié ou peut comprendre un processeur, par exemple un microprocesseur ou un microcontrôleur, adapté à exécuter des instructions d'un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire.
L'installation frigorifique 5 peut, en outre, comprendre des capteurs, notamment des capteurs de température, des capteurs de pression, des capteurs de niveau, des capteurs de débit, etc., non représentés, reliés au module de traitement 40, notamment pour

12 la détection de la température et de la pression dans les enceintes et 30.
Selon un mode de réalisation, le compresseur 32 est un compresseur axial ou un compresseur centrifuge qui fournit un flux 5 de vapeur comprimée sensiblement selon l'axe de rotation du compresseur. Le compresseur comprend une succession d'étage de compression, chaque étage comprenant un rotor et un stator. Le rotor comprend des aubes entraînées en rotation par un arbre de transmission. Le rotor accélère l'écoulement gazeux grâce à
10 l'énergie transmise par l'arbre de transmission du compresseur.
Le stator comprend des aubes fixes. Le stator transforme l'énergie cinétique de l'écoulement gazeux en pression via la forme du stator.
Le dispositif de chauffage 22 est de préférence un dispositif de chauffage par rayonnement, comprenant une source d'un rayonnement électromagnétique atteignant la vapeur d'eau. Le dispositif de chauffage 22 comprend par exemple un système de chauffage de la vapeur d'eau par infrarouge ou par exemple un système de chauffage de la vapeur d'eau par micro-onde. Selon un mode de réalisation, le dispositif de chauffage 22 comprend à la fois une source de rayonnement infrarouge et une source de rayonnement par micro-onde. Selon l'application envisagée, le dispositif de chauffage 22 peut ne pas être présent.
Les dimensions de l'installation frigorifique 5 dépendent de l'application visée. Le volume de la première enceinte 10 à basse pression peut être compris entre 1 1 et plusieurs milliers de mètres cubes, notamment entre 10 1 et 10000 1. Le volume de la deuxième enceinte 30 à basse pression peut être compris entre 1 1 et un millier de mètres cubes, notamment entre 1 1 et 10000 1. Le volume d'eau liquide 14 dans le réservoir 12 peut être compris entre 1 1 et plusieurs milliers de mètres cubes, notamment entre 1 1 et 3000 m3, en particulier entre 9 1 et 9999 1.

13 L'installation frigorifique 5 comprend une pompe à vide primaire, non représentée, reliée à la première enceinte 10 à
basse pression et/ou à la deuxième enceinte 30 à basse pression.
La figure 2 représente un diagramme enthalpie-pression de l'eau illustrant le fonctionnement de l'installation frigorifique 5 au début de son fonctionnement.
Les points référencés A à G en figure 2 illustrent des états successifs par lesquels passe de l'eau circulant dans l'installation frigorifique 5.
Le point A représente de l'eau liquide qui va être introduite dans le réservoir 12 par la conduite 18, par exemple pour remplir le réservoir 12 au début du fonctionnement de l'installation 5. La pression de l'eau liquide au point A est à
une première valeur de pression et la température de l'eau liquide au point A est à une première valeur de température. Selon un mode de réalisation, la première valeur de pression est supérieure ou égale à 0,1 MPa (1 bar), par exemple supérieure ou égale à 0,1 MPa (1 bar) et inférieure ou égale à 10 MPa (100 bar). Selon un mode de réalisation, la première valeur de température est supérieure ou égale à 5 C, par exemple supérieure ou égale à 5 C et inférieure ou égale à 10 C. L'eau apportée dans le réservoir 12 provient par exemple d'un réseau de distribution d'eau auquel est reliée l'installation frigorifique 5. La première valeur de température peut alors correspondre à la température de l'eau fournie par le réseau de distribution.
Une fois introduite dans le réservoir 12, la pression de l'eau liquide 14 diminue de la première valeur de pression jusqu'à la pression dans la première enceinte 10 à basse pression qui est à une deuxième valeur de pression. Ceci correspond à la transition du point A au point B. En fonctionnement, la deuxième valeur de pression est égale à la pression de vapeur saturante de l'eau liquide 14 présente dans le réservoir 12. Selon un mode de réalisation, la deuxième valeur de pression dans la première enceinte 10 à basse pression est typiquement comprise entre 600 Pa (6 mbar) et 2500 Pa (25 mbar), de préférence entre 600 Pa (6 mbar)

14 et 1500 Pa (15 mbar). A titre d'exemple, pour de l'eau à 5 C, la pression dans la première enceinte 10 à basse pression peut être égale à 870 Pa (8,7 mbar). La température de l'eau liquide introduite dans le réservoir 12 pendant la baisse de pression reste sensiblement constante et égale à la première valeur de température.
La température de l'eau liquide 14 dans le réservoir 12 est à une deuxième valeur de température. Au début du fonctionnement de l'installation frigorifique 10, la deuxième valeur de température est sensiblement égale à la première valeur de température de sorte que la température de l'eau introduite dans le réservoir 12 et dont la pression a diminué ne varie sensiblement pas.
Il se produit une évaporation d'une partie de l'eau liquide 14 dans le réservoir 12 qui va amener l'eau de la première valeur de température à la deuxième valeur de température. Ceci correspond à la transition du point B au point C. Comme la pression dans l'enceinte 10 à basse pression est égale à la pression de vapeur saturante de l'eau à la deuxième valeur de température, la vaporisation est une ébullition de l'eau liquide 14 qui comprend notamment la formation de bulles 43 (voir figure 1) dans l'eau liquide 14. Il est alors obtenu, dans la première enceinte 10 à
basse pression, de la vapeur d'eau à la deuxième valeur de température et à la deuxième valeur de pression. L'élément de protection 20 permet d'éviter que des projections d'eau liquide n'atteignent le compresseur 32 ou que de l'eau liquide ne se répande hors du réservoir 12 lors de l'ébullition de l'eau liquide 14. L'élément de protection 12 peut, en outre, permettre d'augmenter la surface d'échange en comprenant des parties pénétrant dans l'eau liquide.
Selon un mode de réalisation, tout ou partie de la vapeur d'eau dans la première enceinte 10 à basse pression est chauffée par le dispositif de chauffage 22. La température d'une partie de vapeur d'eau dans la première enceinte 10 à basse pression passe alors de la deuxième valeur de température à une troisième valeur de température. Selon un mode de réalisation, la vapeur d'eau est pompée par le compresseur 32 jusque dans la partie de la première enceinte 10 où elle est chauffée. Ceci correspond à la transition du point C au point D. Selon un mode de réalisation, la troisième 5 valeur de température est supérieure ou égale à 0 C et inférieure ou égale à 100 C. De préférence, la troisième valeur de température est supérieure à la deuxième valeur de température d'au moins 2 C, de préférence d'au moins 10 C, plus préférentiellement d'au moins 20 C. La pression de la vapeur 10 d'eau pendant l'étape de chauffage ne varie sensiblement pas et reste sensiblement égale à la deuxième valeur de pression.
L'utilisation du dispositif de chauffage 22 par rayonnement permet de chauffer toute la vapeur d'eau qui alimente le compresseur 32.
En effet, il serait difficile avec un dispositif de chauffage par

15 conduction ou convection de chauffer toute la vapeur d'eau qui alimente le compresseur 32 en raison de la pression faible et par conséquence de la densité de matière trop faible dans la première enceinte 10 à basse pression.
La vapeur d'eau chauffée à la troisième valeur de température alimente le compresseur 32 qui refoule la vapeur d'eau comprimée dans la deuxième enceinte 30 à basse pression. Ceci correspond à la transition du point D au point E. Selon un mode de réalisation, le rapport de compression du compresseur 32 est supérieur ou égal à 2 et par exemple inférieur ou égal à 14. La pression dans la deuxième enceinte 30 à basse pression est égale à une troisième valeur de pression supérieure à la deuxième valeur de pression d'au moins un facteur de 2. A titre d'exemple, la troisième valeur de pression est supérieure ou égale à 600 Pa (6 mbar) et inférieure ou égale à 10000 Pa (100 mbar), de préférence inférieure ou égale à 6000 Pa (60 mbar). A titre d'exemple, lorsque la deuxième valeur de pression est égale à
870 Pa (8,7 mbar) et que le rapport de compression du compresseur 32 est égal à 2, la troisième valeur de pression est sensiblement égale à 1740 Pa (17,4 mbar). La compression de la vapeur d'eau par le compresseur 32 entraîne un échauffement de la vapeur d'eau

16 dont la température passe de la troisième valeur de température à
une quatrième valeur de température, supérieure à la troisième valeur de température.
La vapeur d'eau comprimée dans l'enceinte 30 à basse pression est refroidie puis liquéfiée en eau liquide refroidie par le condenseur 34. Ceci correspond à la transition du point E
au point F et à la transition du point F au point G. La pression de l'eau pendant l'étape de refroidissement et de liquéfaction ne varie sensiblement pas et reste égale à la troisième valeur de pression. La température de l'eau varie de la quatrième valeur de température à une cinquième valeur de température inférieure strictement à la quatrième valeur de température. A titre d'exemple, pour une troisième valeur de pression égale à 1740 Pa (17,4 mbar), la cinquième valeur de température peut être égale à
15,3 C. Plus le rapport de compression est élevé, plus il est possible de condenser l'eau avec des températures extérieures importantes et plus la condensation peut être réalisée rapidement.
L'eau liquide produite par le condenseur 34 est évacuée du réservoir 30 à basse pression par la conduite 38. Dans le cas d'un cycle fermé, la conduite 38 est reliée à la conduite 18 de sorte que l'eau liquide évacuée de l'enceinte 30 est ramenée dans le réservoir 12.
La condensation provoque un pompage par dépression, lié
à la différence de volume massique entre l'eau liquide et l'eau gazeuse (rapport d'environ 1600 à 200000 entre les phases liquide et gazeuse), qui entretient un niveau de vide dans les enceintes 10 et 30. Le maintien de la différence de pression entre l'enceinte à basse pression et l'enceinte 10 à basse pression est réalisé
par le module de traitement 40 qui commande dans ce but le 30 dispositif de chauffage 22, le compresseur 32, le condenseur 34, le système 42 et éventuellement la pompe à vide primaire.
La pompe à vide primaire fonctionne au démarrage de l'installation frigorifique 5 jusqu'à ce que la pression dans la première enceinte 10 à basse pression atteigne la pression de vapeur saturante à la première valeur de température. La pompe à

17 vide peut alors être arrêtée et la pression dans l'enceinte 10 est maintenue par la dépression générée au niveau du condenseur 34 et le travail mécanique du compresseur 32. La pompe à vide peut en outre participer, si besoin, au maintien de la pression dans la première enceinte 10 à basse pression.
Les figures 3 et 4 représentent chacune un diagramme enthalpie-pression de l'eau illustrant le fonctionnement de l'installation frigorifique 5 en régime stationnaire respectivement pour un cycle ouvert et pour un cycle fermé.
En régime stationnaire, le réservoir 12 est rempli d'eau liquide 14. Un complément d'eau est apporté par la conduite 18 dans le réservoir 12 pour compenser les pertes d'eau liquide du réservoir 12, par exemple de façon continue ou par intermittence.
Dans le cas d'un cycle ouvert, le complément d'eau se trouve au point A (figure 3). Dans le cas d'un cycle fermé, le complément en eau liquide provient des condensats récupérés dans l'enceinte 30 et se trouve donc au point G.
Lors de l'évaporation de l'eau liquide 14 du réservoir 12 décrite précédemment, la chaleur nécessaire pour produire de la vapeur d'eau est extraite de l'eau liquide 14 étant donné que la première enceinte 10 à basse pression est isolée thermiquement par rapport au milieu extérieur. On obtient ainsi un refroidissement de l'eau liquide 14 dans le réservoir 12. Ceci se traduit sur les figures 3 et 4 par un état supplémentaire représenté par le point B' dans la succession d'états suivie par de l'eau circulant dans l'installation 5. En effet, lorsque de l'eau est introduite dans le réservoir 12 à la première valeur de température et à la première valeur de pression pour un cycle ouvert (point A en figure 3) et à la cinquième valeur de température et troisième valeur de pression pour un cycle fermé
(point G en figure 4), il y a une diminution de la pression de cette eau à la deuxième valeur de pression, correspondant à la transition du point A au point B, et une diminution de la température de l'eau de la première valeur de température à la deuxième valeur de température, strictement inférieure à la

18 première valeur de température, correspondant à la transition du point B au point B'.
La pression dans la première enceinte 10 à basse pression diminue simultanément à la diminution de la température de l'eau liquide 14 du réservoir 12 pour rester égale à la pression de vapeur saturante à la température de l'eau liquide 14 dans le réservoir 12. Le maintien de la pression dans l'enceinte 10 à la pression de vapeur saturante à la température de l'eau liquide 14 dans le réservoir 12 est réalisé par le module de traitement 40 qui commande dans ce but le dispositif de chauffage 22, le compresseur 32 et le condenseur 34, le système 42 et éventuellement la pompe à vide primaire.
Selon un mode de réalisation, la température de l'eau liquide 14 dans le réservoir 12 diminue jusqu'à atteindre la température du point triple de l'eau, qui, à titre d'exemple, pour une pression de 611 Pa (6,11 mbar) est égale à 0,01 C. Des cristaux de glace 15 se forment alors dans le réservoir 12, ce qui correspond à la transition entre les points B' et B" sur les figures 3 et 4. Selon un mode de réalisation, en régime stationnaire, la température de l'eau liquide 14 dans le réservoir 12 reste sensiblement constante et égale à la température du point triple de l'eau pure et la pression dans la première enceinte 10 à basse pression est sensiblement égale à la pression de vapeur saturante à la température du point triple de l'eau. Selon un autre mode de réalisation, lorsque des moyens de brassage de l'eau sont prévus ou lorsque des additifs appropriés sont ajoutés à
l'eau, en régime stationnaire, la température de l'eau liquide 14 dans le réservoir 12 reste sensiblement constante et égale à une température inférieure à la température du point triple de l'eau pure et la pression dans la première enceinte 10 à basse pression est sensiblement égale à la pression de vapeur saturante de l'eau en équilibre avec la pression de l'eau à l'état liquide à la température inférieure à la température du point triple de l'eau.
L'eau est alors présente dans la première enceinte 10 à basse pression simultanément à l'état gazeux, à l'état liquide et à

19 l'état solide. Selon un autre mode de réalisation, notamment lorsque l'installation frigorifique est utilisée dans un système de climatisation, la température de l'eau liquide 14 dans le réservoir 12 diminue jusqu'à une température supérieure à la température du point triple de l'eau de moins de 10 C, de préférence de moins de 5 C. L'eau est alors présente dans la première enceinte 10 à basse pression simultanément à l'état gazeux et à l'état liquide.
En résumé, l'évaporation d'une masse Mev d'eau va contribuer à refroidir la masse Mliq d'eau restante à la deuxième valeur de température, puis à solidifier une masse Msol d'eau, éventuellement nulle, qui se transforme alors en glace selon la relation (1) suivante :
Mev * Lev = Mliq * Cp * A Msol* Lsol (1) où Lev est la chaleur latente d'évaporation de l'eau, Cp est la capacité calorifique de l'eau liquide, A,19 est la différence entre les première et deuxième valeurs de température, et Lsol est la chaleur latente de solidification de l'eau.
Dans le cas où de l'eau à l'état solide est produite, en fin de cycle, on peut avoir une masse de glace Msol selon la relation (2) suivante :
Mev * Lev = Msol * ( Cp * A Lsol ) (2) Les autres transitions d'états de l'eau sont les mêmes que celles décrites précédemment en relation avec la figure 2. En particulier, l'étape de chauffage qui correspond à la transition entre les points C et D vise à augmenter la température de la vapeur d'eau dans l'enceinte 10 à basse pression d'au moins 2 C, de préférence d'au moins 10 C, de préférence d'au moins 20 C.
En outre, lors de la diminution de la température de l'eau liquide 14 dans le réservoir 12, le rapport de compression du compresseur 32 peut être ajusté pour conserver sensiblement la même troisième valeur de pression dans la deuxième enceinte 30 à basse pression.
A titre d'exemple, lorsque la deuxième valeur de pression dans la première enceinte 10 à basse pression est égale à 611 Pa (6,11 mbar), le rapport de compression du compresseur 32 est par exemple égal à 3 et la troisième valeur de pression dans la deuxième enceinte 30 à basse pression est égale à 1830 Pa (18,3 mbar). A
titre d'exemple, la cinquième valeur de la température de l'eau liquide produite par le condenseur 34 à 1830 Pa (18,3 mbar) est 5 par exemple égale à 16,05 C pour une température ambiante d'environ 6 C.
Selon un mode de réalisation, le dispositif 24 d'extraction de puissance froide retire les cristaux de glace 15 au fur et à mesure qu'ils se forment dans le réservoir 12.
10 L'utilisation ultérieure des cristaux de glace dépend de l'application envisagée.
Pour une application pour la production de neige artificielle, les cristaux de glace 15 sont récupérés pour produire de la neige artificielle. Il peut être prévu un système 15 de réfrigération pour abaisser la température de la glace récupérée et/ou un groupe de pompage pour évaporer l'eau résiduelle et ainsi refroidir et assécher la glace. Il peut, en outre, être prévu un organe de hachage et d'aération de la glace produite.

20 Pour une application pour la climatisation ou la réfrigération et pour la production de neige artificielle, les cristaux de glace 15 présents dans le réservoir 12 peuvent jouer le rôle d'une source froide.
Le condenseur 34 est adapté à liquéfier la vapeur d'eau dans la deuxième enceinte 30 à basse pression par un échange thermique entre la vapeur d'eau dans la deuxième enceinte 30 à
basse pression et un fluide réfrigérant. Selon un mode de réalisation, le fluide réfrigérant est l'air à l'extérieur de l'installation frigorifique 5. Le condenseur 34 peut comprendre des moyens de brassage de l'air, par exemple le ventilateur à
hélice 36 comme cela est représenté en figure 1, le brassage de l'air étant représenté de façon schématique par la flèche 44. A
titre de variante, le condenseur 34 peut comprendre un ventilateur à effet Venturi ou un thermosiphon. Selon un autre mode de réalisation, le condenseur 34 peut comprendre un groupe échangeur

21 liquide-vapeur d'eau dans l'enceinte 30 et un groupe d'échangeur liquide-air ou liquide/liquide à l'extérieur de l'enceinte 30, le fluide de refroidissement circulant entre ces deux échangeurs.
De façon avantageuse, la condensation de l'eau dans l'enceinte 30 ne nécessite pas la mise en oeuvre d'une machine frigorifique.
La production d'eau liquide par le condenseur 34 peut être réalisée par utilisation de l'air ambiant dès que la température de l'air ambiant est inférieure à la cinquième valeur de température souhaitée. Dans l'exemple décrit précédemment dans lequel le condenseur 34 produit de l'eau liquide à 16,05 C, l'air ambiant peut être utilisé dès que sa température est inférieure à
16 C, de préférence inférieure à 6 C pour obtenir un écart de température d'au moins 10 C sur l'échangeur.
La température maximale possible de l'air ambiant permettant une utilisation de l'air ambiant comme fluide réfrigérant par le condenseur 34 est notamment fixée par le taux de compression du compresseur 32. Avec un taux de compression de 10, il peut être envisagé une pression de vapeur saturante de 6000 Pa (60 mbar) dans la deuxième enceinte 30 à basse pression et une cinquième valeur de température de 36 C, ce qui peut être obtenue sans difficulté dès que la température de l'air ambiant est inférieure à 30 C. De préférence, l'installation frigorifique 5 peut être utilisée dès que la température ambiante est inférieure à 20 C pour la production de neige de culture et inférieure à 35 C pour la climatisation.
Selon un mode de réalisation, le coP théorique de l'installation frigorifique 5 est de l'ordre de 19 à 20.
Le tableau I ci-dessous regroupe, pour une application à la production de neige artificielle, et en fonction de la température de l'air ambiant, la consommation électrique, exprimée en kilowatt par mètre cube de neige produite, de l'installation frigorifique 5 (INV) représentée en figure 1, d'une installation de type canon à neige (A71), d'une installation de type perche à
neige (AA2), d'une installation (A73) à évaporation à basse

22 pression entre 0,01 MPa (100 mbar) et 0,02 MPa (200 mbar) et d'une installation de type réfrigérateur (A74).
Température INV AA1 A72 AA3 AM
ambiante ( C) -10 1,6 2 1,9 24 40 -5 1,7 3,1 2,5 25,5 41,5 0 1,85 5,4 3 27 43 2,3 NA NA 28,5 44,5 Tableau I
La consommation électrique par mètre cube de neige 5 produite par l'installation frigorifique 5 (INV) est nettement inférieure à celle des installations frigorifiques de type réfrigérateur (A74) et à évaporation à basse pression entre 0,01 MPa (100 mbar) et 0,02 MPa (200 mbar) (A73).
Selon un mode de réalisation, l'eau liquide fournie par 10 le condenseur 34 n'est pas réutilisée. Selon un autre mode de réalisation, l'eau fournie par le condenseur 34 est réutilisée pour l'alimentation du réservoir 12.
La figure 5 est une vue, partielle et schématique, d'un mode de réalisation plus détaillé du réservoir 10 à basse pression de l'installation frigorifique 5 de la figure 1.
Selon un mode de réalisation, l'élément de protection comprend une membrane ou un écran 46 recouvrant la surface libre de l'eau liquide 14. La membrane ou l'écran 46 est perméable à la vapeur d'eau et sensiblement étanche à l'eau liquide.
20 L'élément de protection 20 peut en outre comprendre des éléments plongeant dans l'eau liquide 14, non représentés, et qui permettent de réguler la génération de bulles 43 lors de l'ébullition de l'eau liquide 14.
Selon un mode de réalisation, des chicanes 48 peuvent être disposées dans la partie de l'enceinte 10 dans laquelle la vapeur d'eau est chauffée par le dispositif de chauffage 22. Les chicanes 48 permettent d'allonger le parcours de la vapeur d'eau

23 jusqu'à l'entrée du compresseur 32 pour obtenir le chauffage de la vapeur d'eau jusqu'à la température souhaitée.
La figure 6 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation plus détaillé du dispositif

24 de récupération de l'eau à l'état solide de l'installation frigorifique 5.
Dans le présent mode de réalisation, le dispositif 24 est adapté à extraire l'eau à l'état solide du réservoir 12. Un tel mode de réalisation est adapté notamment dans le cas où
l'installation frigorifique 5 est utilisée pour la production de neige artificielle.
Le dispositif 24 peut comprendre une enceinte secondaire 50 reliée au réservoir 12 par une conduite basse 52 et une conduite haute 54, située au-dessus de la conduite basse 52. Une pompe 56 prévue sur la conduite haute 54 est adaptée à faire circuler le contenu du réservoir 12 vers l'enceinte secondaire 50 et une pompe 58 prévue sur la conduite basse 52 est adaptée à faire circuler le contenu de l'enceinte secondaire 50 vers le réservoir 12. La pression dans l'enceinte secondaire 50 peut être plus élevée que dans le réservoir 12, par exemple égale à la pression atmosphérique, de sorte qu'il n'y a pas d'ébullition dans l'enceinte secondaire 50. Les cristaux de glace s'accumulent alors au-dessus de l'eau liquide 62 par décantation en un amas flottant de glace 60. Le dispositif 24 comprend des moyens 64 d'extraction des cristaux de glace 60, comprenant par exemple une vis sans fin ou un élévateur à godets.
La figure 7 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation plus détaillé du dispositif 24. Le dispositif 24 peut faire partie d'un système de climatisation ou de réfrigération, et peut comprendre un circuit fermé dans lequel circule un fluide réfrigérant et comprenant un premier échangeur de chaleur 66 disposé dans le réservoir 12 et un deuxième échangeur de chaleur 68 situé à l'extérieur de l'enceinte 10. Selon un autre mode de réalisation, le premier échangeur de chaleur 66 n'est pas présent et le liquide circulant dans l'échangeur de chaleur 68 correspond à l'eau liquide 14 présente dans le réservoir 12.
La figure 8 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'une installation frigorifique 70. L'installation frigorifique 70 comprend l'ensemble des éléments de l'installation frigorifique 5 représentée en figure 1 à la différence qu'elle comprend en outre des moyens pour maintenir l'eau liquide en surfusion dans la première enceinte 10 à basse pression. Selon un mode de réalisation, les moyens pour maintenir l'eau liquide en surfusion peuvent comprendre un agitateur 72 adapté à brasser l'eau à l'état liquide dans la première enceinte 10 à basse pression. L'agitateur 72 comprend par exemple une barre ou une hélice mise en rotation dans l'eau à l'état liquide 14. Selon un autre mode de réalisation, les moyens pour maintenir l'eau liquide en surfusion peuvent comprendre au moins un additif ajouté à l'eau à l'état liquide.
Cet additif mélangé à l'eau, conduit à une solution dont la température de solidification est inférieure à la température de solidification de l'eau sans additif.
Dans le présent mode de réalisation, la température de l'eau liquide 14 dans la première enceinte 10 à basse pression peut être inférieure à la température du point triple de l'eau, et est par exemple à une température pouvant varier de -40 C
à -1 C, de préférence de -20 C à -1 C. Le fonctionnement de l'installation frigorifique 70 est identique au fonctionnement décrit précédemment pour l'installation frigorifique 5 à la différence que la température de l'eau liquide dans la première enceinte 10 à basse pression peut être inférieure à la température du point triple de l'eau.
La figure 9 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation plus détaillé d'une partie de l'installation frigorifique de la figure 8, dans lequel le dispositif 24 d'extraction de puissance froide dans le réservoir 12 a la structure représentée en figure 7. Le deuxième échangeur 68 du dispositif 24 est situé dans une enceinte 80 contenant de l'eau à l'état liquide 82 et permet de refroidir l'eau à l'état liquide 82 jusqu'à obtenir, dans l'enceinte 80, de l'eau à l'état solide 84. La pression dans l'enceinte 80 peut avantageusement être supérieure à la pression de vapeur saturante de l'eau à la 5 température du point triple de l'eau, et être, par exemple, à la pression atmosphérique. Selon un autre mode de réalisation, le premier échangeur de chaleur 66 n'est pas présent et le liquide circulant dans l'échangeur de chaleur 68 correspond à l'eau liquide 14 présente dans le réservoir 12.
10 La figure 10 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'une installation frigorifique 90. L'installation frigorifique 90 comprend l'ensemble des éléments de l'installation frigorifique 5 représentée en figure 1 à la différence que le réservoir unique 15 12 de l'installation frigorifique 5 est remplacé par N réservoirs 121 à 12N situés dans la première enceinte 10 à basse pression, N
étant un nombre entier variant de 1 à 100. La conduite 18 d'apport d'eau est reliée à chaque réservoir 121 à 12N. L'utilisation de plusieurs réservoirs 121 à 12N permet, de façon simple, 20 d'augmenter la surface de l'interface liquide/vapeur pour un même volume d'eau liquide par rapport à un seul réservoir. En outre, l'agitation de l'eau liquide, notamment par bullage, est plus efficace lorsque la hauteur d'eau liquide est réduite. Dans le présent mode de réalisation, le dispositif de chauffage 22 est

25 représenté à titre d'exemple à l'intérieur de la conduite d'entrée du compresseur 32 qui débouche dans la première enceinte 10 à
basse pression.
Dans le présent mode de réalisation, la conduite 38 de récupération de l'eau liquide produite par le condenseur 34 est reliée à la conduite 18 et l'eau liquide récupérée par la conduite 38 est refoulée dans les réservoirs 121 à 12N au moyen d'une pompe 92, par exemple une pompe volumétrique. Selon un autre mode de réalisation, la pompe 92 peut ne pas être présente, la circulation d'eau liquide dans les conduites 18 et 38 résultant alors

26 seulement de la différence de pression entre les enceintes 10 et 30.
Dans le présent mode de réalisation, le condenseur 34 comprend des buses 94 de projection d'eau liquide dans la deuxième enceinte 30 à basse pression sous la forme de gouttelettes 96, trois buses 94 étant représentées à titre d'exemple en figure 10.
Les gouttelettes froides 96 favorisent la condensation de la vapeur d'eau expulsée dans la deuxième enceinte 30 à basse pression par le compresseur 32, en multipliant les interfaces vapeur/liquide favorisant l'adsorption de la vapeur d'eau. L'eau liquide est recueillie dans un réservoir 98, formé par exemple par le fond de la deuxième enceinte 30 à basse pression. La conduite 38 récupère une partie de l'eau liquide présente dans le réservoir 98. Le condenseur 34 comprend, en outre, un circuit hydraulique 100 dans lequel circule une partie de l'eau liquide présente dans le réservoir 98, destinée à alimenter les buses 94 en eau refroidie. Le circuit hydraulique 100 comprend une pompe 102 pour la mise en circulation de l'eau liquide et un échangeur 104 de chaleur situé à l'extérieur de la deuxième enceinte 30 à
basse pression, par exemple un échangeur de chaleur refroidi par l'air ambiant, le condenseur 34 comprenant des moyens, par exemple le ventilateur 36 décrit précédemment, pour faire circuler de l'air ambiant au travers de l'échangeur de chaleur 104. A titre de variante, l'échangeur 104 peut être refroidi par une autre source, par exemple un cours d'eau. L'eau liquide expulsée par les buses 94, qui a été refroidie par l'échangeur 104, est par exemple à la température ambiante. Selon un mode de réalisation, la température des gouttelettes 96 à la sortie des buses 94 est inférieure à la température de l'eau liquide qui alimente le circuit hydraulique 100 d'au moins 10 C.
Dans le présent mode de réalisation, le système 42 de régulation de la différence de pression entre la deuxième enceinte 30 à basse pression et la première enceinte 10 à basse pression comprend une conduite 106 reliée à la deuxième enceinte 30 à basse pression dans la partie de l'enceinte 30 contenant de la vapeur

27 d'eau, la conduite 106 étant équipée d'une vanne commandable 108 de régulation de débit et alimente une turbine de détente 110. La sortie de la turbine 110 est reliée à une conduite 112 qui alimente chaque réservoir 121 à 12N. La turbine 110 reçoit de la vapeur d'eau à la pression de la deuxième enceinte 30 à basse pression, qui est déjà refroidie par le condenseur 34 à gouttelettes, et fournit un mélange biphasique comprenant de l'eau liquide et de la vapeur d'eau. La vitesse de rotation de la turbine 110 est ajustée pour que la vapeur d'eau refoulée ait la pression souhaitée. Selon un mode de réalisation, dans le mélange biphasique en sortie de la turbine 110, l'eau liquide a été
refroidie par détente et la vapeur d'eau est sensiblement à la pression souhaitée dans la première enceinte 10 à basse pression.
La vapeur d'eau expulsée par la conduite 112 dans chaque réservoir 121 à 12N peut, de façon avantageuse, jouer le rôle d'un agitateur de l'eau liquide présente dans les réservoirs 121 à 12N et favorise en outre le refroidissement de l'eau liquide contenue dans les réservoirs 121 à 12N. La turbine 110 et la vanne 108 peuvent être commandées par le module de traitement 40, non représenté en figure 10.
Dans le présent mode de réalisation, le dispositif 24 d'extraction de puissance froide dans les réservoirs 121 à 12N
comprend un circuit hydraulique 114 relié aux réservoirs 121 à
12N dans lequel circule une partie de l'eau présente dans les réservoirs 121 à 12N. Le circuit hydraulique 114 comprend une pompe 116 pour la mise en circulation de l'eau liquide et un échangeur 118 de chaleur situé à l'extérieur de la première enceinte 10 à basse pression, par exemple un échangeur de chaleur coopérant avec un échangeur de chaleur 120 d'un autre circuit hydraulique 122 relié à un dispositif 124 à refroidir. Comme cela est représenté en figure 10, le circuit hydraulique 114 peut être branché sur la conduite 18 pour le refoulement de l'eau liquide circulant dans le circuit hydraulique 114 vers les réservoirs 121 à 12N.

28 Dans le présent mode de réalisation, le turbocompresseur 32 comprend deux étages successifs 130 et 132. Le premier étage 130 est à taux de compression fixe, par exemple égal à environ 3, et le deuxième étage 132 est à taux de compression variable commandable. La vitesse de rotation de la deuxième turbomachine 132 peut être commandée par le module de traitement 40, non représenté en figure 10. De préférence, chaque étage 130, 132 correspond à un turbocompresseur. Le premier étage 130 permet de commander le débit de vapeur d'eau extrait de la première enceinte 10 à basse pression. Le deuxième étage 132 permet de fixer la pression de la vapeur d'eau refoulée dans la deuxième enceinte 30 à basse pression.
En figure 10, on a représenté en outre une pompe 134 à
vide primaire reliée à la première enceinte 10 à basse pression par l'intermédiaire d'une conduite 136 équipée d'une vanne commandable 138.
Des modes de réalisation particuliers ont été décrits.
Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que dans les modes de réalisation décrits précédemment, le condenseur 34 est un condensateur dans lequel la vapeur d'eau est refroidie et liquéfiée par l'air ambiant, d'autres types de condenseur 34 peuvent être utilisés, par exemple un condenseur à refroidissement liquide.

Claims (26)

REVENDICATIONS

1. Installation frigorifique (5 ; 70) comprenant :
une première enceinte (10) contenant de l'eau à l'état liquide (14) à une température inférieure ou égale à la température du point triple de l'eau ou supérieure à la température du point triple de l'eau de moins de 10 °C, et de l'eau à l'état gazeux (11) à une première pression égale, à 10 %
près, à la pression de vapeur saturante de l'eau en équilibre avec la pression de l'eau à l'état liquide (14) dans la première enceinte ;
une deuxième enceinte (30) à une deuxième pression supérieure strictement à la première pression d'au moins un facteur deux ;
un dispositif de compression (32) reliant la première enceinte à la deuxième enceinte adapté à fournir un taux de compression supérieur à deux ;
un dispositif de condensation (34) logé en partie dans la deuxième enceinte et adapté à condenser l'eau à l'état gazeux dans la deuxième enceinte en eau à l'état liquide ; et un dispositif (24) d'extraction de puissance froide dans la première enceinte.

2. Installation frigorifique selon la revendication 1, comprenant un dispositif de chauffage (22) de l'eau à l'état gazeux dans la première enceinte (10) destinée à alimenter le dispositif de compression (32).

3. Installation frigorifique selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la première enceinte (10) contient en outre de l'eau à l'état solide (15) à une température inférieure ou égale à la température du point triple de l'eau.

4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'eau circule en circuit fermé
dans l'installation.

5. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le dispositif de condensation (34) comprend un premier échangeur de chaleur à l'extérieur de la deuxième enceinte (30) et des moyens (36) de mise en circulation d'un premier fluide caloporteur au travers du premier échangeur de chaleur.

6. Installation frigorifique selon la revendication 5, dans laquelle le premier fluide caloporteur est l'air ambiant ou de l'eau d'un cours d'eau, d'une étendue d'eau et/ou d'une nappe d'eau.

7. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la deuxième pression dans la deuxième enceinte (30) est inférieure ou égale à 10000 Pa.

8. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le dispositif (24) d'extraction de puissance froide comprend un circuit hydraulique dans lequel circule une partie ou la totalité de l'eau à l'état liquide présente dans la première enceinte (10), le circuit hydraulique comprenant un deuxième échangeur de chaleur (68) situé
à l'extérieur de la première enceinte.

9. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le dispositif (24) d'extraction de puissance froide comprend un circuit hydraulique fermé dans lequel circule un deuxième fluide caloporteur, le circuit hydraulique comprenant un deuxième échangeur de chaleur (68) situé à l'extérieur de la première enceinte et un troisième échangeur de chaleur (66) disposé dans la première enceinte (10).

10. Installation frigorifique selon la revendication 8 ou 9, comprenant une troisième enceinte (80) dans laquelle est situé le deuxième échangeur de chaleur (68) et contenant de l'eau à l'état solide (84).

11. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le dispositif de chauffage (22) comprend une source d'un rayonnement micro-onde et/ou une source d'un rayonnement infrarouge.

12. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le dispositif de chauffage (22) est adapté à chauffer d'au moins 2 °C l'eau à l'état gazeux dans la première enceinte (10) destinée à alimenter le dispositif de compression (32).

13. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle le dispositif de compression (32) comprend au moins un compresseur de type turbomachine.

14. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle le dispositif de compression (32) comprend une succession d'étages, chaque étage comprenant un rotor et un stator.

15. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle le dispositif de compression (32) est un compresseur de Tesla.

16. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans laquelle le dispositif de compression (32) comprend un premier étage de compresseur (130) à taux de compression fixe et un deuxième étage de compresseur (132) à taux de compression commandable.

17. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, comprenant, en outre, dans la première enceinte, un dispositif de protection (20) du dispositif de compression (32) contre l'admission de particules à l'état solide et/ou liquide.

18. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, comprenant une conduite (18) d'apport d'eau à l'état liquide (14) dans la première enceinte (10).

19. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans laquelle le dispositif de condensation (34) comprend au moins une buse (94) de projection de gouttelettes (96) d'eau à l'état liquide dans la deuxième enceinte (30).

20. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, comprenant, en outre, un système (42) de régulation de la différence de pression entre la deuxième enceinte (30) et la première enceinte (10).

21. Installation selon la revendication 20, dans laquelle le système de régulation (42) comprend une turbine (110) de détente configurée pour détendre de l'eau à l'état gazeux depuis la deuxième enceinte (30) et refouler un mélange contenant de l'eau à l'état gazeux et de l'eau à l'état liquide dans la première enceinte (10).

22. Installation selon la revendication 21, dans laquelle la première enceinte (10) comprend au moins un réservoir (12 ; 12 1 à 12N) d'eau à l'état liquide et dans laquelle ledit mélange est refoulé dans l'eau à l'état liquide contenue dans ledit réservoir.

23. Système de climatisation, destiné aux installations industrielles, comprenant une installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 22.

24. Système de production de neige artificielle comprenant une installation frigorifique (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 22.

25. Procédé de production de froid comprenant les étapes suivantes :
amener dans une première enceinte (10) de l'eau à l'état liquide (14) à une température inférieure ou égale à la température du point triple de l'eau ou supérieure à la température du point triple de l'eau de moins de 10 °C, et former de l'eau à l'état gazeux à une première pression égale, à 10 %
près, à la pression de vapeur saturante de l'eau en équilibre avec la pression de l'eau à l'état liquide dans la première enceinte ;
comprimer de l'eau à l'état gazeux de la première enceinte vers une deuxième enceinte à une deuxième pression supérieure strictement à la première pression d'au moins un facteur deux ;
condenser l'eau à l'état gazeux dans la deuxième enceinte en eau à l'état liquide ; et extraire de la puissance froide dans la première enceinte.

26. Procédé selon la revendication 25, comprenant en outre l'étape de chauffage de l'eau à l'état gazeux dans la première enceinte destinée à être comprimée.