EP3658835A1 - Refrigeration plant - Google Patents

Refrigeration plant

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Publication number
EP3658835A1
EP3658835A1 EP18758929.6A EP18758929A EP3658835A1 EP 3658835 A1 EP3658835 A1 EP 3658835A1 EP 18758929 A EP18758929 A EP 18758929A EP 3658835 A1 EP3658835 A1 EP 3658835A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water
chamber
pressure
temperature
refrigeration plant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18758929.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Vinard
Sébastien BUR
Jérôme Girard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alpinov X
Original Assignee
Alpinov X
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alpinov X filed Critical Alpinov X
Publication of EP3658835A1 publication Critical patent/EP3658835A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25CPRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C3/00Processes or apparatus specially adapted for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Producing artificial snow
    • F25C3/04Processes or apparatus specially adapted for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Producing artificial snow for sledging or ski trails; Producing artificial snow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F25B23/006Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25CPRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C1/00Producing ice
    • F25C1/16Producing ice by partially evaporating water in a vacuum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00Other cooling or freezing apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25CPRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C2303/00Special arrangements or features for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Special arrangements or features for producing artificial snow
    • F25C2303/044Snow making using additional features, e.g. additives, liquid gas

Definitions

  • the present application relates to a refrigeration plant.
  • a refrigeration system can be used in many different applications.
  • An example of the use of a refrigeration installation relates to an air conditioning system, particularly in the context of a district cooling network or for a data center.
  • Another example of the use of a refrigeration installation concerns an artificial snow production system, for example for the snow-making of ski resorts in the case of light snowfall due to weather conditions or inherent to the geographical situation of the ski resorts. .
  • the coefficient of performance is the ratio between the thermal power produced by the system (heat quantity hot Q Q ⁇ OR amount of cold heat Q re f) e t work provided to the system (work W). It is generally desirable that the COP be as high as possible, which reflects a good energy efficiency of the system and induces a low energy consumption, knowing that the energy consumption includes the power consumption of the system.
  • the first artificial snow production systems are systems open to ambient air, such as snow cannon or snow boom, and generally involve the spraying of a mixture of water and air which crystallizes at the same time. contact with ambient air.
  • the air can come from a source of compressed air whose relaxation causes the formation of snow.
  • a disadvantage of these systems is that they can only operate in reduced temperature and humidity ranges, generally at a temperature below -2 ° C and at a humidity greater than 30%.
  • Second artificial snow production systems comprise open systems, as described in the patent application WO2012 / 104787.
  • the power consumption of such snow production systems typically ranges from 20 kWh to 40 kWh per cubic meter of snow produced, which is lower than the second and third snow production systems.
  • such production systems require the construction of cooling towers and therefore have a construction cost too high for large-scale operation.
  • Third artificial snow production systems include refrigerator-type closed systems including a compressor, a condenser, a pressure reducer and an evaporator.
  • a disadvantage is that the COP is generally low, generally in the range of 2 to 4.
  • the power consumption of such snow production systems can be high, for example from 40 kWh to 120 kWh per cubic meter of snow produced.
  • Fourth artificial snow production systems comprise closed systems employing cryogenic processes including in particular the formation of a mixture of water and a cryogenic gas, in particular nitrogen or carbon dioxide. Even though the COP of such a snow production system may be high, the energy required to produce the cryogenic fluid must be taken into account. As a result, the overall consumption of such snow-making systems can be greater than several hundred kWh per cubic meter of snow produced, resulting in an operating cost that is too high for large-scale operation and significant constraints. logistics.
  • a cold production plant particularly for an air conditioning system or for an artificial snow production system, having a high COP, especially greater than 6, preferably greater than 10, and whose electrical consumption is low, especially when the cooling plant is installed in a snow production system whose consumption is less than 5 kWh, preferably less than 3 kWh per cubic meter of snow produced.
  • the refrigeration plant would further be desirable for the refrigeration plant to be able to operate normally over a wide range of ambient temperatures, particularly at positive temperatures, and preferably up to 25 ° C or even up to 35 ° C.
  • an object of an embodiment is to overcome at least in part the disadvantages of refrigeration installations described above.
  • Another object of an embodiment is that the COP of the refrigeration plant is greater than 6, preferably greater than 10.
  • Another object of an embodiment is that the electrical consumption of the refrigerating plant is reduced, in particular, when the cooling plant is installed in a snow production system, less than 5 kWh per cubic meter of snow produced, preferably less than 3 kWh per cubic meter of snow produced.
  • the refrigeration plant can operate at an ambient temperature of -30 ° C to + 25 ° C, preferably -30 ° C to + 35 ° C.
  • Another object of an embodiment is that the construction cost of the refrigeration plant is reduced.
  • an embodiment provides a refrigeration plant comprising:
  • a first chamber containing water in the liquid state at a temperature less than or equal to the temperature of the triple point of water or greater than the temperature of the triple point of water of less than 10 ° C, preferably less than 5 ° C, and water in the gaseous state at a first pressure equal, within 10%, to the saturation vapor pressure of the water in equilibrium with the pressure of the water at liquid state in the first chamber, in particular equal to 10%, at the saturation vapor pressure of the water at the temperature of the triple point of the water;
  • a condensation device housed partly in the second chamber and adapted to condense the water in the gaseous state in the second chamber with water in the liquid state;
  • the installation comprises a device for heating the water in the gaseous state in the first chamber intended to feed the compression device.
  • the first chamber further contains water in the solid state at a temperature less than or equal to the temperature of the triple point of water.
  • the water circulates in a closed circuit in the installation.
  • the condensation device comprises a first heat exchanger outside the second enclosure and means for circulating a first heat transfer fluid around the second enclosure through the first heat exchanger.
  • the first coolant is the ambient air or water of a stream, a body of water or a body of water.
  • the second pressure in the second chamber is less than or equal to 10000 Pa (100 mbar), preferably less than or equal to 6000 Pa (60 mbar).
  • the cold power extraction device comprises a hydraulic circuit in which circulates a portion or all of the water in the liquid state present in the first chamber, the hydraulic circuit comprising a second heat exchanger located outside the first enclosure.
  • the cold power extraction device comprises a closed hydraulic circuit in which a second heat transfer fluid circulates, the hydraulic circuit comprising a second heat exchanger located outside the first enclosure and a third heat exchanger. heat disposed in the first enclosure.
  • the refrigerating installation comprises a third enclosure in which is located the second heat exchanger delivering the cold power to the end user, the third enclosure containing for example water in the solid state.
  • the heating device comprises a source of infrared radiation and / or a source of microwave radiation.
  • the heating device is adapted to heat the water in the gaseous state in the first chamber intended to supply the compression device with at least 2 ° C., preferably at least 10 ° C. more preferably at least 20 ° C.
  • the compression device comprises at least one turbomachine type compressor, in particular a centrifugal compressor and / or an axial compressor.
  • the compression device comprises a succession of stages, each stage comprising a rotor and a stator.
  • the compression device is a Tesla compressor.
  • the compression device comprises a fixed compression ratio first compressor stage and a controllable compression ratio compressor second stage.
  • the refrigerating installation further comprises, in the first enclosure, a mechanical device for protecting the compression device against the admission of particles in the solid and / or liquid state.
  • the refrigerating installation comprises a liquid supply pipe in the liquid state in the first enclosure.
  • the condensation device comprises at least one nozzle for projecting water droplets in the liquid state in the second chamber.
  • the installation further comprises a system for regulating the pressure difference between the second enclosure and the first enclosure.
  • control system comprises an expansion turbine configured to relax water in the gaseous state from the second chamber and discharge a mixture containing water in the gaseous state and water in the liquid state in the first chamber.
  • the first enclosure comprises at least one water reservoir in the liquid state and in which said mixture is discharged into the water in the liquid state contained in said reservoir.
  • One embodiment also provides an artificial snow production system comprising a refrigeration plant as defined above.
  • One embodiment also provides an air-conditioning system for industrial, collective and private installations comprising a refrigeration installation as defined above, especially in the context of a district cooling network or for a data center.
  • the method further comprises the step of heating the water in the gaseous state in the first chamber intended to be compressed.
  • Figure 1 is a partial sectional and schematic view of an embodiment of a refrigeration plant
  • Figures 2 to 4 show enthalpy pressure diagrams of water illustrating the operation of the refrigeration plant shown in Figure 1;
  • Figure 5 is a partial sectional and schematic view of a more detailed embodiment of a portion of the refrigeration plant of Figure 1;
  • FIGS 6 and 7 are partial sectional and schematic views of more detailed embodiments of another part of the refrigeration plant of Figure 1;
  • Figure 8 is a partial sectional and schematic sectional view of another embodiment of a refrigeration plant.
  • Figure 9 is a partial sectional and schematic view of a more detailed embodiment of a portion of the refrigeration plant of Figure 8.
  • Figure 10 is a partial sectional and schematic sectional view of another embodiment of a refrigeration plant.
  • water is the chemical compound 3 ⁇ 4 () which may be in the liquid, solid or gaseous state.
  • water in the gaseous state or “water vapor” are subsequently used interchangeably.
  • liquid water or “water in the liquid state” is used to designate indifferently pure water in the liquid state or water in the liquid state corresponding to the solvent of an aqueous solution containing in addition at least one solute.
  • triple point of water means “triple point of pure water”.
  • the water in the liquid state may correspond to the solvent of an aqueous solution, that is to say that additives may be added to the water in the state liquid.
  • FIG. 1 represents an embodiment of a refrigerating installation 5.
  • the refrigerating plant 5 comprises:
  • a protective element 20 housed in the first low-pressure enclosure 10, covering the free surface of the liquid water 14 and preventing splashing of liquid water from the reservoir 12;
  • a device 24 for extracting cold power in the reservoir 12 for example a solid state water recovery device connected to the reservoir 12;
  • a compressor 32 also called compression device, for example a turbocharger, a turbine or a Tesla compressor, connecting the first enclosure 10 at low pressure to the second chamber 30 at low pressure, receiving strictly the water vapor of the first low pressure chamber 10 providing compressed water vapor to the second low pressure chamber 30;
  • a condensation device 34 also called a condenser 34, adapted to liquefy the water vapor present in the second low-pressure chamber 30, the condenser 34 being partially housed in the second chamber 30 at low pressure and comprising for example a heat exchanger cooled by the ambient air, the condenser 34 comprising means, for example a fan 36, for circulating ambient air through The heat exchanger;
  • a processing module 40 connected to the heating device 22, to the compressor 32 and to the condenser 34 and adapted to control the heating device 22, the compressor 32 and the condenser 34.
  • the liquid water 14 contained in the tank 12 may be water coming directly from the running water supply system, or fresh water, in particular water from a watercourse or water from a hillside reservoir.
  • the pipe 38 may be connected to the pipe 18.
  • the refrigeration system 5 may further comprise a system 42 for regulating the pressure difference between the second enclosure 30 at low pressure and the first enclosure 10 at low pressure.
  • the system 42 may correspond to a controlled valve system, a capillary system, an expansion turbine system or an overflow system, and is adapted to maintain the pressure difference between the second low pressure vessel 30 and the first enclosure 10 at low pressure to a substantially constant value.
  • the processing module 40 may correspond to a dedicated circuit or may comprise a processor, for example a microprocessor or a microcontroller, adapted to execute instructions of a computer program stored in a memory.
  • the refrigerating installation 5 may further comprise sensors, in particular temperature sensors, pressure sensors, level sensors, flow sensors, etc., not shown, connected to the processing module 40, in particular to the detection of the temperature and the pressure in the enclosures 10 and 30.
  • the compressor 32 is an axial compressor or a centrifugal compressor which provides a vapor flow substantially compressed along the axis of rotation of the compressor.
  • the compressor comprises a succession of compression stage, each stage comprising a rotor and a stator.
  • the rotor comprises vanes driven in rotation by a transmission shaft.
  • the rotor accelerates the gas flow thanks to the energy transmitted by the compressor drive shaft.
  • the stator includes fixed vanes. The stator transforms the kinetic energy of the gas flow into pressure via the shape of the stator.
  • the heater 22 is preferably a radiant heater comprising a source of electromagnetic radiation reaching the water vapor.
  • the heating device 22 comprises, for example, a system for heating the water vapor by infrared or for example a system for heating the water vapor by microwave. According to one embodiment, the heating device 22 comprises both a source of infrared radiation and a source of radiation by microwave. Depending on the intended application, the heater 22 may not be present.
  • the dimensions of the refrigerating installation 5 depend on the intended application.
  • the volume of the first chamber 10 at low pressure can be between 1 1 and several thousand cubic meters, in particular between 10 1 and 10000 1.
  • the volume of the second chamber 30 at low pressure can be between 1 1 and a thousand cubic meters, especially between 1 1 and 10000 1.
  • the volume of liquid water 14 in the reservoir 12 can be between 1 1 and several thousand cubic meters, in particular between 1 1 and 3000 m ⁇ , in particular between 9 1 and 9999 1.
  • the refrigeration system 5 comprises a primary vacuum pump, not shown, connected to the first low-pressure enclosure 10 and / or the second low-pressure enclosure 30.
  • FIG. 2 represents an enthalpy-pressure diagram of the water illustrating the operation of the refrigerating installation 5 at the beginning of its operation.
  • the points referenced A to G in FIG. 2 illustrate successive states through which water flowing in the refrigerating installation 5 passes.
  • the point A represents liquid water that will be introduced into the tank 12 through the pipe 18, for example to fill the tank 12 at the beginning of the operation of the installation 5.
  • the pressure of the liquid water at point A is at a first pressure value and the temperature of the liquid water at point A is at a first temperature value.
  • the first pressure value is greater than or equal to 0.1 MPa (1 bar), for example greater than or equal to 0.1 MPa (1 bar) and less than or equal to 10 MPa (100 bar) .
  • the first temperature value is greater than or equal to 5 ° C, for example greater than or equal to 5 ° C and less than or equal to 10 ° C.
  • the water supplied into the reservoir 12 comes, for example, from a water distribution network to which the refrigerating installation 5 is connected.
  • the first temperature value can then correspond to the temperature of the water supplied by the distribution network. .
  • the pressure of the liquid water 14 decreases from the first pressure value to the pressure in the first low pressure vessel 10 which is at a second pressure value. This corresponds to the transition from point A to point B.
  • the second pressure value is equal to the saturated vapor pressure of the liquid water 14 present in the reservoir 12.
  • the second value of pressure in the first chamber 10 at low pressure is typically between 600 Pa (6 mbar) and 2500 Pa (25 mbar), preferably between 600 Pa (6 mbar) and 1500 Pa (15 mbar).
  • the pressure in the first low-pressure enclosure 10 may be 870 Pa (8.7 mbar).
  • the temperature of the liquid water introduced into the reservoir 12 during the pressure drop remains substantially constant and equal to the first temperature value.
  • the temperature of the liquid water 14 in the reservoir 12 is at a second temperature value.
  • the second temperature value is substantially equal to the first temperature value so that the temperature of the water introduced into the reservoir 12 and whose pressure has decreased does not vary substantially.
  • all or part of the water vapor in the first low-pressure enclosure 10 is heated by the heating device 22.
  • the temperature of a portion of water vapor in the first enclosure 10 at low pressure then changes from the second temperature value to a third value temperature.
  • the steam is pumped by the compressor 32 into the part of the first chamber 10 where it is heated. This corresponds to the transition from point C to point D.
  • the third temperature value is greater than or equal to 0 ° C. and less than or equal to 100 ° C.
  • the third temperature value is greater than the second temperature value of at least 2 ° C, preferably at least 10 ° C, more preferably at least 20 ° C.
  • the pressure of the water vapor during the heating step does not vary substantially and remains substantially equal to the second pressure value.
  • the use of the heating device 22 by radiation makes it possible to heat all the water vapor which supplies the compressor 32. In fact, it would be difficult with a conduction or convection heating device to heat all the water vapor that supplies the compressor 32 due to the low pressure and consequently the density of material too low in the first chamber 10 at low pressure.
  • the water vapor heated to the third temperature value supplies the compressor 32 which delivers the compressed steam to the second low pressure vessel 30. This corresponds to the transition from the point D to the point E.
  • the compression ratio of the compressor 32 is greater than or equal to 2 and for example less than or equal to 14.
  • the pressure in the second enclosure 30 at low pressure is equal to a third pressure value greater than the second pressure value by at least a factor of 2.
  • the third pressure value is greater than or equal to 600 Pa (6 mbar) and less than or equal to at 10000 Pa (100 mbar), preferably less than or equal to 6000 Pa (60 mbar).
  • the third pressure value is substantially equal to 1740 Pa (17 , 4 mbar).
  • the compression of the water vapor by the compressor 32 causes a heating of the water vapor whose temperature changes from the third temperature value to a fourth temperature value, greater than the third temperature value.
  • the water vapor compressed in the chamber 30 at low pressure is cooled and then liquefied in liquid water cooled by the condenser 34. This corresponds to the transition from the point E to the point F and to the transition from the point F to the point G.
  • water pressure during the cooling and liquefying step does not vary substantially and remains equal to the third pressure value.
  • the temperature of the water varies from the fourth temperature value to a fifth temperature value strictly below the fourth temperature value.
  • the fifth temperature value may be equal to 15.3 ° C.
  • the higher the compression ratio the more it is possible to condense the water with high outside temperatures and the faster the condensation can be achieved.
  • the liquid water produced by the condenser 34 is discharged from the tank 30 at low pressure through the pipe 38.
  • the pipe 38 is connected to the pipe 18 so that the liquid water removed from the enclosure 30 is returned to the reservoir 12.
  • Condensation causes vacuum pumping, related to the difference in mass volume between the liquid water and the carbonated water (ratio of about 1600 to 200000 between the liquid and gaseous phases), which maintains a vacuum level in the chambers 10 and 30.
  • the maintenance of the pressure difference between the low pressure chamber 30 and the low pressure chamber 10 is carried out by the processing module 40 which controls the heating device 22, the compressor 32, for this purpose. the condenser 34, the system 42 and possibly the primary vacuum pump.
  • the primary vacuum pump operates at the start of the refrigeration plant 5 until the pressure in the first low pressure vessel 10 reaches the saturation vapor pressure at the first temperature value.
  • the pump can then be stopped and the pressure in the chamber 10 is maintained by the depression generated at the condenser 34 and the mechanical work of the compressor 32.
  • the vacuum pump can also participate, if necessary, in maintaining the pressure in the chamber. the first enclosure 10 at low pressure.
  • FIGS. 3 and 4 each represent an enthalpy-pressure diagram of the water illustrating the operation of the refrigeration plant 5 under steady state conditions respectively for an open cycle and for a closed cycle.
  • the reservoir 12 is filled with liquid water 14. Additional water is supplied via line 18 into reservoir 12 to compensate for the losses of liquid water from reservoir 12, for example continuously or intermittently . In the case of an open cycle, the additional water is at point A ( Figure 3). In the case of a closed cycle, the liquid water supplement comes from the condensates recovered in the chamber 30 and is therefore at point G.
  • the pressure in the first chamber 10 at low pressure decreases simultaneously with the decrease in the temperature of the liquid water 14 of the reservoir 12 to remain equal to the saturation vapor pressure at the temperature of the liquid water 14 in the reservoir 12. Maintaining the pressure in the chamber 10 at the saturation vapor pressure at the temperature of the liquid water 14 in the tank 12 is achieved by the processing module 40 which controls for this purpose the heating device 22, the compressor 32 and the condenser 34, the system 42 and possibly the primary vacuum pump.
  • the temperature of the liquid water 14 in the reservoir 12 decreases until reaching the temperature of the triple point of the water, which, for example, for a pressure of 611 Pa (6, 11 mbar) is 0.01 ° C. Ice crystals 15 are then formed in the reservoir 12, which corresponds to the transition between points B 'and B "in FIGS. 3 and 4. According to one embodiment, in stationary mode, the temperature of the water liquid 14 in the tank
  • the temperature of the liquid water 14 in the tank 12 remains substantially constant and equal to a temperature below the temperature of the triple point of pure water and the pressure in the first chamber 10 at low pressure is substantially equal to the saturation vapor pressure of the water in equilibrium with the pressure of the water at the liquid state at the temperature below the temperature of the triple point of the water.
  • the water is then present in the first chamber 10 at low pressure simultaneously in the gaseous state, in the liquid state and in the solid state.
  • the temperature of the liquid water 14 in the tank 12 decreases to a temperature greater than the temperature of the triple point of the water less than 10 ° C, preferably less than 5 ° C.
  • the water is then present in the first chamber 10 at low pressure simultaneously in the gaseous state and in the liquid state.
  • the compression ratio of the compressor 32 is for example equal to 3 and the third pressure value in the second chamber 30 at low pressure is 1830 Pa (18.3 mbar).
  • the fifth value of the temperature of the liquid water produced by the condenser 34 at 1830 Pa (18.3 mbar) is, for example, equal to 16.05 ° C. for an ambient temperature of approximately 6 ° C. C.
  • the cold power extraction device 24 removes the ice crystals 15 as they form in the tank 12. The subsequent use of the ice crystals depends on the intended application .
  • the ice crystals are recovered to produce artificial snow.
  • a refrigeration system for lowering the temperature of the recovered ice and / or a pumping unit to evaporate the residual water and thereby cool and dry the ice.
  • a chopping and aeration device for the ice produced.
  • the ice crystals present in the tank 12 can act as a cold source.
  • the condenser 34 is adapted to liquefy the water vapor in the second chamber 30 at low pressure by a heat exchange between the water vapor in the second chamber 30 at low pressure and a refrigerant.
  • the refrigerant is the air outside the refrigeration plant 5.
  • the condenser 34 may comprise air stirring means, for example the fan coil 36 as shown in FIG. Figure 1, the air mixing is shown schematically by the arrow 44.
  • the condenser 34 may comprise a venturi effect fan or a thermosiphon.
  • the condenser 34 may comprise a heat exchanger group liquid-water vapor in the chamber 30 and a liquid-air or liquid / liquid exchanger group outside the chamber 30, the cooling fluid flowing between these two exchangers.
  • the condensation of the water in the enclosure 30 does not require the implementation of a refrigerating machine.
  • the production of liquid water by the condenser 34 can be carried out by using ambient air as soon as the ambient air temperature is below the desired fifth temperature value.
  • the ambient air can be used as soon as its temperature is below 16 ° C., preferably below 6 ° C. for obtain a temperature difference of at least 10 ° C on the exchanger.
  • the maximum possible ambient air temperature allowing ambient air to be used as coolant by the condenser 34 is in particular fixed by the compression ratio of the compressor 32.
  • a compression ratio of 10 it can be envisaged a pressure saturating steam of 6000 Pa (60 mbar) in the second chamber 30 at low pressure and a fifth temperature value of 36 ° C, which can be obtained without difficulty as soon as the ambient air temperature is less than 30 ° C.
  • the refrigeration plant 5 can be used as soon as the ambient temperature is lower than 20 ° C for the production of artificial snow and less than 35 ° C for air conditioning.
  • the theoretical COP of the refrigeration plant 5 is of the order of 19 to 20.
  • Table I below shows, for an application to the production of artificial snow, and as a function of the ambient air temperature, the electrical consumption, expressed in kilowatts per cubic meter of snow produced, of the refrigerating plant 5 (INV) shown in FIG. 1, a snow gun type installation (AA1), a snow boom type installation (AA2), a low-evaporation installation (AA3). pressure between 0.01 MPa (100 mbar) and 0.02 MPa (200 mbar) and a refrigerator-type installation (AA4).
  • the electrical consumption per cubic meter of snow produced by the refrigerating plant 5 is much lower than that of refrigerator refrigeration units (AA4) and with low pressure evaporation between 0.01 MPa (100 mbar) and 0, 02 MPa (200 mbar) (AA3).
  • the liquid water supplied by the condenser 34 is not reused. According to another embodiment, the water supplied by the condenser 34 is reused for supplying the reservoir 12.
  • FIG. 5 is a partial schematic view of a more detailed embodiment of the low-pressure tank 10 of the refrigeration plant 5 of FIG. 1.
  • the protective element 20 comprises a membrane or a screen 46 covering the free surface of the liquid water 14.
  • the membrane or the screen 46 is permeable to water vapor and substantially watertight. liquid water.
  • the protective element 20 may further comprise elements immersed in liquid water 14, not shown, and which make it possible to regulate the generation of bubbles 43 during the boiling of the liquid water 14.
  • baffles 48 may be arranged in the part of the enclosure 10 in which the water vapor is heated by the heating device 22.
  • the baffles 48 make it possible to lengthen the path of the steam. water until the inlet of the compressor 32 to obtain the heating of the steam to the desired temperature.
  • FIG. 6 is a sectional, partial and schematic view of a more detailed embodiment of the device 24 for recovering the solid state water of the refrigeration plant 5.
  • the device 24 is adapted to extract the water in the solid state of the reservoir 12.
  • Such an embodiment is particularly suitable in the case where the refrigerating plant 5 is used for the production of snow artificial.
  • the device 24 may comprise a secondary enclosure 50 connected to the reservoir 12 by a low pipe 52 and a high pipe 54, located above the lower pipe 52.
  • a pump 56 provided on the high pipe 54 is adapted to circulate the contents.
  • a pump 58 provided on the lower pipe 52 is adapted to circulate the contents of the secondary enclosure 50 to the reservoir 12.
  • the pressure in the secondary enclosure 50 may be higher than in the reservoir 12, for example equal to the atmospheric pressure, so that there is no boiling in the secondary enclosure 50.
  • the ice crystals accumulate then over the liquid water 62 by settling in a floating cluster of ice 60.
  • the device 24 comprises means 64 for extracting the ice crystals 60, comprising for example a worm or a bucket elevator.
  • FIG. 7 is a partial schematic cross-sectional view of another more detailed embodiment of the device 24.
  • the device 24 may be part of an air-conditioning or refrigeration system, and may comprise a closed circuit in which circulates a refrigerant and comprising a first heat exchanger 66 disposed in the reservoir 12 and a second heat exchanger 68 located outside the enclosure 10.
  • the first heat exchanger 66 does not is not present and the flowing liquid in the heat exchanger 68 corresponds to the liquid water 14 present in the reservoir 12.
  • FIG. 8 is a sectional, partial and schematic view of an embodiment of a refrigerating installation 70.
  • the refrigerating installation 70 comprises all the elements of the refrigerating installation 5 represented in FIG. it further comprises means for maintaining the liquid water supercooled in the first enclosure 10 at low pressure.
  • the means for maintaining the supercooled liquid water may comprise an agitator 72 adapted to stir the water in the liquid state in the first enclosure 10 at low pressure.
  • the agitator 72 comprises, for example, a bar or a propeller rotated in water in the liquid state.
  • the means for maintaining the supercooled liquid water may comprise at least one additive added. with water in the liquid state. This additive mixed with water, leads to a solution whose solidification temperature is below the solidification temperature of the water without additive.
  • the temperature of the liquid water 14 in the first low-pressure chamber 10 may be less than the temperature of the triple point of the water, and is for example at a temperature which may vary from -40 ° C. C. at -1 ° C., preferably from -20 ° C. to -1 ° C.
  • the operation of the refrigeration system 70 is identical to the operation previously described for the refrigeration plant 5 except that the temperature of the liquid water in the first low-pressure chamber 10 may be lower than the temperature of the triple point of the refrigeration system. 'water.
  • FIG. 9 is a partial schematic sectional view of a more detailed embodiment of a portion of the refrigeration plant of FIG. 8, in which the device 24 for extracting cold power in the tank 12 to the structure shown in FIG. 7.
  • the second heat exchanger 68 of the device 24 is located in an enclosure 80 containing the water in the liquid state 82 and is used to cool the water in the liquid state 82 to obtain, in the chamber 80, water in the solid state 84.
  • the pressure in the enclosure 80 may advantageously be greater than the saturation vapor pressure of the water at the temperature of the triple point of the water, and be, for example, at atmospheric pressure.
  • the first heat exchanger 66 is not present and the liquid circulating in the heat exchanger 68 corresponds to the liquid water 14 present in the reservoir 12.
  • FIG. 10 is a sectional, partial and schematic view of an embodiment of a refrigerating installation 90.
  • the refrigerating installation 90 comprises all the elements of the refrigerating installation 5 represented in FIG. that the single tank 12 of the refrigeration plant 5 is replaced by N tanks 12] _ located in the first enclosure 10 at low pressure, N being an integer ranging from 1 to 100.
  • the conduit 18 for water supply is connected to each tank 12] _12- ⁇ .
  • the use of several tanks 12 to 12 allows, in a simple way, to increase the surface of the liquid / vapor interface for the same volume of liquid water with respect to a single tank.
  • the agitation of the liquid water, in particular by bubbling is more effective when the liquid water height is reduced.
  • the heater 22 is shown as an example within the inlet duct of the compressor 32 which opens into the first low pressure vessel 10.
  • the line 38 for recovering the liquid water produced by the condenser 34 is connected to the line 18 and the liquid water recovered via the line 38 is discharged into the tanks 12] _ to 12- ⁇ by means of a pump 92, for example a positive displacement pump.
  • the pump 92 may not be present, the circulation of liquid water in the pipes 18 and 38 then resulting only the pressure difference between the speakers 10 and 30.
  • the condenser 34 comprises nozzles 94 for spraying liquid water into the second low pressure chamber 30 in the form of droplets 96, three nozzles 94 being represented by way of example in FIG.
  • Cold droplets 96 promote the condensation of water vapor expelled into the second chamber 30 at low pressure by the compressor 32, by multiplying the steam / liquid interfaces promoting the adsorption of water vapor.
  • the liquid water is collected in a tank 98, formed for example by the bottom of the second chamber 30 at low pressure.
  • the pipe 38 recovers a portion of the liquid water present in the tank 98.
  • the condenser 34 further comprises a hydraulic circuit 100 in which circulates a portion of the liquid water present in the tank 98, intended to supply the nozzles 94 in cooled water.
  • the hydraulic circuit 100 comprises a pump 102 for circulating the liquid water and a heat exchanger 104 located outside the second enclosure 30 at low pressure, for example a heat exchanger cooled by the ambient air , the condenser 34 comprising means, for example the fan 36 described above, for circulating ambient air through the heat exchanger 104.
  • the exchanger 104 can be cooled by another source , for example a stream.
  • the liquid water expelled by the nozzles 94, which has been cooled by the exchanger 104 is for example at room temperature.
  • the temperature of the droplets 96 at the outlet of the nozzles 94 is lower than the temperature of the liquid water which supplies the hydraulic circuit 100 with at least 10 ° C.
  • the system 42 for regulating the pressure difference between the second low-pressure enclosure 30 and the first low-pressure enclosure 10 comprises a pipe 106 connected to the second low-pressure enclosure 30 in the the enclosure 30 containing steam of water, the pipe 106 being equipped with a controllable flow control valve 108 and feeds an expansion turbine 110.
  • the outlet of the turbine 110 is connected to a pipe 112 which feeds each tank 12] _ 12 ⁇ .
  • the turbine 110 receives water vapor at the pressure of the second low-pressure chamber 30, which is already cooled by the droplet condenser 34, and provides a two-phase mixture comprising liquid water and steam. water.
  • the rotational speed of the turbine 110 is adjusted so that the discharged water vapor has the desired pressure.
  • the liquid water has been cooled by expansion and the water vapor is substantially at the desired pressure in the first enclosure 10 at low pressure.
  • the water vapor expelled through line 112 into each tank 12 may advantageously act as a stirrer for the liquid water present in tanks 12 to 12 and further promotes the cooling of the liquid water contained in the tanks 12] to 12- ⁇ .
  • the turbine 110 and the valve 108 can be controlled by the processing module 40, not shown in FIG.
  • the cold power extraction device 24 in the tanks 12 to 12 comprises a hydraulic circuit 114 connected to the tanks 12 through which a portion of the water present in the tanks circulates.
  • tanks 12] _ to The hydraulic circuit 114 comprises a pump 116 for circulating the liquid water and a heat exchanger 118 located outside the first enclosure 10 at low pressure, for example a heat exchanger cooperating with a heat exchanger 120 of another hydraulic circuit 122 connected to a device 124 to cool.
  • the hydraulic circuit 114 can be connected to the pipe 18 for the delivery of the liquid water flowing in the hydraulic circuit 114 to the tanks 12] at 12 N.
  • the turbocharger 32 comprises two successive stages 130 and 132.
  • the first stage 130 has a fixed compression ratio, for example equal to about 3, and the second stage 132 has a controllable variable compression ratio.
  • the rotational speed of the second turbomachine 132 can be controlled by the processing module 40, not shown in FIG. 10.
  • each stage 130, 132 corresponds to a turbocharger.
  • the first stage 130 makes it possible to control the flow rate of water vapor extracted from the first enclosure 10 at low pressure.
  • the second stage 132 makes it possible to fix the pressure of the water vapor discharged into the second chamber 30 at low pressure.
  • FIG. 10 there is furthermore a primary vacuum pump 134 connected to the first low-pressure enclosure 10 via a line 136 equipped with a controllable valve 138.
  • the condenser 34 is a capacitor in which the water vapor is cooled and liquefied by the ambient air
  • other types of condenser 34 may be used, for example a condenser with liquid cooling.

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Abstract

The invention relates to a refrigeration plant (5) comprising: a first chamber (10) containing water in the liquid state (14) at a temperature below or equal to the temperature of the triple point of water or less than 10°C above the temperature of the triple point of water and water in the gaseous state (11) at a first pressure equal to the saturation vapour pressure of water in equilibrium with the pressure of the water in the liquid state (14); a second chamber (30) at a second pressure strictly greater than the first pressure by at least a factor of two; a compression device (32) connecting the first chamber to the second chamber; a condensation device (34) suitable for condensing water in the gaseous state in the second chamber into water in the liquid state; and a device (24) for extracting cold power in the first chamber.

Description

INSTALLATION FRIGORIFIQUE  REFRIGERATING INSTALLATION
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. The present patent application claims the priority of the French patent application FR17 / 57207 which will be considered as an integral part of the present description.
Domaine Field
La présente demande concerne une installation frigorifique .  The present application relates to a refrigeration plant.
Exposé de l'art antérieur Presentation of the prior art
Une installation frigorifique peut être utilisée dans de nombreuses applications différentes.  A refrigeration system can be used in many different applications.
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.  An example of the use of a refrigeration installation relates to an air conditioning system, particularly in the context of a district cooling network or for a data center.
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 .  Another example of the use of a refrigeration installation concerns an artificial snow production system, for example for the snow-making of ski resorts in the case of light snowfall due to weather conditions or inherent to the geographical situation of the ski resorts. .
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 chaude QQ^ OU quantité de chaleur froide Qref) 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. In general, for any thermomechanical energy converter, and especially for a refrigeration plant, the coefficient of performance (COP) is the ratio between the thermal power produced by the system (heat quantity hot Q Q ^ OR amount of cold heat Q re f) e t work provided to the system (work W). It is generally desirable that the COP be as high as possible, which reflects a good energy efficiency of the system and induces a low energy consumption, knowing that the energy consumption includes the power consumption of the system.
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 WO2012/104787. 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 .  There are various types of refrigeration systems that can be used in particular artificial snow production systems. The first artificial snow production systems are systems open to ambient air, such as snow cannon or snow boom, and generally involve the spraying of a mixture of water and air which crystallizes at the same time. contact with ambient air. The air can come from a source of compressed air whose relaxation causes the formation of snow. A disadvantage of these systems is that they can only operate in reduced temperature and humidity ranges, generally at a temperature below -2 ° C and at a humidity greater than 30%. Second artificial snow production systems comprise open systems, as described in the patent application WO2012 / 104787. The power consumption of such snow production systems typically ranges from 20 kWh to 40 kWh per cubic meter of snow produced, which is lower than the second and third snow production systems. However, such production systems require the construction of cooling towers and therefore have a construction cost too high for large-scale operation.
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 élevée, par exemple de 40 kWh à 120 kWh par mètre cube de neige produite . Third artificial snow production systems include refrigerator-type closed systems including a compressor, a condenser, a pressure reducer and an evaporator. A disadvantage is that the COP is generally low, generally in the range of 2 to 4. In addition, the power consumption of such snow production systems can be high, for example from 40 kWh to 120 kWh per cubic meter of snow produced.
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.  Fourth artificial snow production systems comprise closed systems employing cryogenic processes including in particular the formation of a mixture of water and a cryogenic gas, in particular nitrogen or carbon dioxide. Even though the COP of such a snow production system may be high, the energy required to produce the cryogenic fluid must be taken into account. As a result, the overall consumption of such snow-making systems can be greater than several hundred kWh per cubic meter of snow produced, resulting in an operating cost that is too high for large-scale operation and significant constraints. logistics.
II 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  It would be desirable to provide a cold production plant, particularly for an air conditioning system or for an artificial snow production system, having a high COP, especially greater than 6, preferably greater than 10, and whose electrical consumption is low, especially when the cooling plant is installed in a snow production system whose consumption is less than 5 kWh, preferably less than 3 kWh per cubic meter of snow produced. It would further be desirable for the refrigeration plant to be able to operate normally over a wide range of ambient temperatures, particularly at positive temperatures, and preferably up to 25 ° C or even up to 35 ° C. summary
Ainsi, un objet d'un mode de réalisation est de pallier au moins en partie les inconvénients des installations frigorifiques décrites précédemment.  Thus, an object of an embodiment is to overcome at least in part the disadvantages of refrigeration installations described above.
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.  Another object of an embodiment is that the COP of the refrigeration plant is greater than 6, preferably greater than 10.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que la consommation électrique de l'installation frigorifique est réduite, en particulier, lorsque l'installation frigorifique est installée dans un système de production de neige, inférieure à 5 kWh par mètre cube de neige produite, de préférence inférieure à 3 kWh par mètre cube de neige produite. Another object of an embodiment is that the electrical consumption of the refrigerating plant is reduced, in particular, when the cooling plant is installed in a snow production system, less than 5 kWh per cubic meter of snow produced, preferably less than 3 kWh per cubic meter of snow produced.
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.  Another object of one embodiment is that the refrigeration plant can operate at an ambient temperature of -30 ° C to + 25 ° C, preferably -30 ° C to + 35 ° C.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que le coût de construction de l'installation frigorifique est réduit.  Another object of an embodiment is that the construction cost of the refrigeration plant is reduced.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit une installation frigorifique comprenant :  Thus, an embodiment provides a refrigeration plant comprising:
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 ;  a first chamber containing water in the liquid state at a temperature less than or equal to the temperature of the triple point of water or greater than the temperature of the triple point of water of less than 10 ° C, preferably less than 5 ° C, and water in the gaseous state at a first pressure equal, within 10%, to the saturation vapor pressure of the water in equilibrium with the pressure of the water at liquid state in the first chamber, in particular equal to 10%, at the saturation vapor pressure of the water at the temperature of the triple point of the water;
une deuxième enceinte à une deuxième pression supérieure strictement à la première pression d'au moins un facteur deux ;  a second chamber at a second pressure which is strictly greater than the first pressure by at least a factor of two;
un dispositif de compression reliant la première enceinte à la deuxième enceinte ;  a compression device connecting the first enclosure to the second enclosure;
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  a condensation device housed partly in the second chamber and adapted to condense the water in the gaseous state in the second chamber with water in the liquid state; and
un dispositif d'extraction de puissance froide dans la première enceinte.  a cold power extraction device in the first enclosure.
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. According to one embodiment, the installation comprises a device for heating the water in the gaseous state in the first chamber intended to feed the compression device. According to one embodiment, the first chamber further contains water in the solid state at a temperature less than or equal to the temperature of the triple point of water.
Selon un mode de réalisation, l'eau circule en circuit fermé dans l'installation.  According to one embodiment, the water circulates in a closed circuit in the 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.  According to one embodiment, the condensation device comprises a first heat exchanger outside the second enclosure and means for circulating a first heat transfer fluid around the second enclosure through the first heat exchanger.
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.  According to one embodiment, the first coolant is the ambient air or water of a stream, a body of water or a body of water.
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) .  According to one embodiment, the second pressure in the second chamber is less than or equal to 10000 Pa (100 mbar), preferably less than or equal to 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.  According to one embodiment, the cold power extraction device comprises a hydraulic circuit in which circulates a portion or all of the water in the liquid state present in the first chamber, the hydraulic circuit comprising a second heat exchanger located outside the first enclosure.
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.  According to one embodiment, the cold power extraction device comprises a closed hydraulic circuit in which a second heat transfer fluid circulates, the hydraulic circuit comprising a second heat exchanger located outside the first enclosure and a third heat exchanger. heat disposed in the first enclosure.
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. 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. According to one embodiment, the refrigerating installation comprises a third enclosure in which is located the second heat exchanger delivering the cold power to the end user, the third enclosure containing for example water in the solid state. According to one embodiment, the heating device comprises a source of infrared radiation and / or a source of microwave radiation.
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.  According to one embodiment, the heating device is adapted to heat the water in the gaseous state in the first chamber intended to supply the compression device with at least 2 ° C., preferably at least 10 ° C. more preferably at least 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.  According to one embodiment, the compression device comprises at least one turbomachine type compressor, in particular a centrifugal compressor and / or an axial compressor.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de compression comprend une succession d'étages, chaque étage comprenant un rotor et un stator.  According to one embodiment, the compression device comprises a succession of stages, each stage comprising a rotor and a stator.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de compression est un compresseur de Tesla.  According to one embodiment, the compression device is a Tesla compressor.
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.  According to one embodiment, the compression device comprises a fixed compression ratio first compressor stage and a controllable compression ratio compressor second stage.
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.  According to one embodiment, the refrigerating installation further comprises, in the first enclosure, a mechanical device for protecting the compression device against the admission of particles in the solid and / or liquid state.
Selon un mode de réalisation, l'installation frigorifique comprend une conduite d'apport d'eau à l'état liquide dans la première enceinte.  According to one embodiment, the refrigerating installation comprises a liquid supply pipe in the liquid state in the first enclosure.
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.  According to one embodiment, the condensation device comprises at least one nozzle for projecting water droplets in the liquid state in the second chamber.
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.  According to one embodiment, the installation further comprises a system for regulating the pressure difference between the second enclosure and the first enclosure.
Selon un mode de réalisation, le système de régulation comprend une turbine de détente configurée pour détendre de l'eau 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. According to one embodiment, the control system comprises an expansion turbine configured to relax water in the gaseous state from the second chamber and discharge a mixture containing water in the gaseous state and water in the liquid state in the first chamber.
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.  According to one embodiment, the first enclosure comprises at least one water reservoir in the liquid state and in which said mixture is discharged into the water in the liquid state contained in said reservoir.
Un mode de réalisation prévoit également un système de production de neige artificielle comprenant une installation frigorifique telle que définie précédemment.  One embodiment also provides an artificial snow production system comprising a refrigeration plant as defined above.
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.  One embodiment also provides an air-conditioning system for industrial, collective and private installations comprising a refrigeration installation as defined above, especially in the context of a district cooling network or for a data center.
Un mode de réalisation prévoit également un procédé de production de froid comprenant les étapes suivantes :  An embodiment also provides a method for producing cold comprising the steps of:
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 ;  bringing liquid in the first chamber to a liquid at a temperature less than or equal to the temperature of the triple point of water or greater than the temperature of the triple point of water of less than 10 ° C, preferably less than 5 ° C, and form water in the gaseous state at a first pressure equal, within 10%, to the saturation vapor pressure of the water in equilibrium with the pressure of the water at the liquid state in the first chamber, in particular equal to 10% at the saturation vapor pressure of the water;
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 ;  compressing water in the gaseous state of the first chamber to a second chamber at a second pressure strictly at the first pressure at least a factor of two;
condenser l'eau à l'état gazeux dans la deuxième enceinte en eau à l'état liquide ; et  condensing the water in the gaseous state in the second chamber with water in the liquid state; and
extraire de la puissance froide dans la première enceinte . 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. extract cold power into the first enclosure. According to one embodiment, the method further comprises the step of heating the water in the gaseous state in the first chamber intended to be compressed.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
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 :  These and other features and advantages will be set forth in detail in the following description of particular embodiments in a non-limiting manner with reference to the accompanying drawings in which:
la figure 1 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'une installation frigorifique ;  Figure 1 is a partial sectional and schematic view of an embodiment of a refrigeration plant;
les figures 2 à 4 représentent des diagrammes enthalpie- pression de l'eau illustrant le fonctionnement de l'installation frigorifique représentée en figure 1 ;  Figures 2 to 4 show enthalpy pressure diagrams of water illustrating the operation of the refrigeration plant shown in 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 ;  Figure 5 is a partial sectional and schematic view of a more detailed embodiment of a portion of the refrigeration plant of 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 ;  Figures 6 and 7 are partial sectional and schematic views of more detailed embodiments of another part of the refrigeration plant of Figure 1;
la figure 8 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'une installation frigorifique ;  Figure 8 is a partial sectional and schematic sectional view of another embodiment of a refrigeration plant;
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  Figure 9 is a partial sectional and schematic view of a more detailed embodiment of a portion of the refrigeration plant of Figure 8; and
la figure 10 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'une installation frigorifique .  Figure 10 is a partial sectional and schematic sectional view of another embodiment of a refrigeration plant.
Description détaillée detailed description
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 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",For the sake of clarity, the same elements have been designated by the same references in the various figures and, in addition, the various figures are not drawn to scale. In addition, only the elements useful for understanding the present description have been shown and are described. In particular, compressors and heat exchangers are well known to those skilled in the art and are not described in detail. In the following description, when reference is made to relative position qualifiers, such as the terms "above", "below", "upper", "lower", etc., or to qualifiers for orientation, such as the terms "horizontal", "vertical", etc., reference is made to the orientation of the figures or to a refrigeration plant in a normal position of use. In the remainder of the description, unless otherwise indicated, the terms "substantially", "about",
"approximativement" et "de l'ordre de" signifient "à 10 % près", de préférence "à 5 % près". "approximately" and "of the order of" mean "to within 10%", preferably "to within 5%".
Dans la suite de la demande, on appelle "eau" le composé chimique ¾() 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".  In the rest of the application, the term "water" is the chemical compound ¾ () which may be in the liquid, solid or gaseous state. In addition, the terms "water in the gaseous state" or "water vapor" are subsequently used interchangeably. In the remainder of the application, the expression "liquid water" or "water in the liquid state" is used to designate indifferently pure water in the liquid state or water in the liquid state corresponding to the solvent of an aqueous solution containing in addition at least one solute. In addition, in the following description, the expression "triple point of water" means "triple point of pure water".
Des modes de réalisation d'installations frigorifiques utilisant de l'eau à l'état liquide vont maintenant être décrits. II 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.  Embodiments of refrigeration plants using water in the liquid state will now be described. It is clear that, in these embodiments, the water in the liquid state may correspond to the solvent of an aqueous solution, that is to say that additives may be added to the water in the state liquid.
La figure 1 représente un mode de réalisation d'une installation frigorifique 5.  FIG. 1 represents an embodiment of a refrigerating installation 5.
L'installation frigorifique 5 comprend :  The refrigerating plant 5 comprises:
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 ; a first enclosure 10 at low pressure, gas-tight with respect to the external medium and thermally insulated relative to the external environment, the first enclosure 10 at low pressure containing, in operation, essentially water vapor 11;
un réservoir 12 contenant de l'eau liquide 14, et, lors d'un fonctionnement en régime stationnaire de l'installation 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 ;  a tank 12 containing liquid water 14, and, during stationary operation of the refrigeration plant 5, water in the solid state 15, the tank 12 being located in the first chamber 10 to low pressure and being open on the internal volume of the first enclosure 10 at low pressure;
une conduite 18 d'apport d'eau liquide dans le réservoir 12 ;  a pipe 18 for supplying liquid water into the reservoir 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 ;  a protective element 20, housed in the first low-pressure enclosure 10, covering the free surface of the liquid water 14 and preventing splashing of liquid water from the reservoir 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 ;  at least one heater 22 of at least a portion of the water vapor in the first low pressure vessel 10;
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 ;  a device 24 for extracting cold power in the reservoir 12, for example a solid state water recovery device connected to the reservoir 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 30 à basse pression étant supérieure à la pression dans la première enceinte 10 à basse pression ;  a second chamber 30 at low pressure, gas-tight with respect to the external medium and thermally insulated relative to the external medium, the pressure in the second chamber 30 at low pressure being greater than the pressure in the first chamber 10 at low pressure;
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 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 ;  a compressor 32, also called compression device, for example a turbocharger, a turbine or a Tesla compressor, connecting the first enclosure 10 at low pressure to the second chamber 30 at low pressure, receiving strictly the water vapor of the first low pressure chamber 10 providing compressed water vapor to the second low pressure chamber 30;
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 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 1 ' échangeur de chaleur ; a condensation device 34, also called a condenser 34, adapted to liquefy the water vapor present in the second low-pressure chamber 30, the condenser 34 being partially housed in the second chamber 30 at low pressure and comprising for example a heat exchanger cooled by the ambient air, the condenser 34 comprising means, for example a fan 36, for circulating ambient air through The heat exchanger;
une conduite 38 de récupération de l'eau liquide produite par le condenseur 34 ; et  a pipe 38 for recovering the liquid water produced by the condenser 34; and
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.  a processing module 40 connected to the heating device 22, to the compressor 32 and to the condenser 34 and adapted to control the heating device 22, the compressor 32 and the condenser 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.  When the refrigeration plant 5 operates in an open cycle, the liquid water 14 contained in the tank 12 may be water coming directly from the running water supply system, or fresh water, in particular water from a watercourse or water from a hillside reservoir. In the case where the refrigeration system 5 operates in a closed cycle, the pipe 38 may be connected to the pipe 18. The refrigeration system 5 may further comprise a system 42 for regulating the pressure difference between the second enclosure 30 at low pressure and the first enclosure 10 at low pressure. The system 42 may correspond to a controlled valve system, a capillary system, an expansion turbine system or an overflow system, and is adapted to maintain the pressure difference between the second low pressure vessel 30 and the first enclosure 10 at low pressure to a substantially constant value.
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 la détection de la température et de la pression dans les enceintes 10 et 30. The processing module 40 may correspond to a dedicated circuit or may comprise a processor, for example a microprocessor or a microcontroller, adapted to execute instructions of a computer program stored in a memory. The refrigerating installation 5 may further comprise sensors, in particular temperature sensors, pressure sensors, level sensors, flow sensors, etc., not shown, connected to the processing module 40, in particular to the detection of the temperature and the pressure in the enclosures 10 and 30.
Selon un mode de réalisation, le compresseur 32 est un compresseur axial ou un compresseur centrifuge qui fournit un flux de vapeur comprimée sensiblement selon 1 ' 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 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 .  According to one embodiment, the compressor 32 is an axial compressor or a centrifugal compressor which provides a vapor flow substantially compressed along the axis of rotation of the compressor. The compressor comprises a succession of compression stage, each stage comprising a rotor and a stator. The rotor comprises vanes driven in rotation by a transmission shaft. The rotor accelerates the gas flow thanks to the energy transmitted by the compressor drive shaft. The stator includes fixed vanes. The stator transforms the kinetic energy of the gas flow into pressure via the shape of the 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.  The heater 22 is preferably a radiant heater comprising a source of electromagnetic radiation reaching the water vapor. The heating device 22 comprises, for example, a system for heating the water vapor by infrared or for example a system for heating the water vapor by microwave. According to one embodiment, the heating device 22 comprises both a source of infrared radiation and a source of radiation by microwave. Depending on the intended application, the heater 22 may not be present.
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 m^, en particulier entre 9 1 et 9999 1. 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. The dimensions of the refrigerating installation 5 depend on the intended application. The volume of the first chamber 10 at low pressure can be between 1 1 and several thousand cubic meters, in particular between 10 1 and 10000 1. The volume of the second chamber 30 at low pressure can be between 1 1 and a thousand cubic meters, especially between 1 1 and 10000 1. The volume of liquid water 14 in the reservoir 12 can be between 1 1 and several thousand cubic meters, in particular between 1 1 and 3000 m ^, in particular between 9 1 and 9999 1. The refrigeration system 5 comprises a primary vacuum pump, not shown, connected to the first low-pressure enclosure 10 and / or the second low-pressure enclosure 30.
La figure 2 représente un diagramme enthalpie-pression de l'eau illustrant le fonctionnement de l'installation frigorifique 5 au début de son fonctionnement.  FIG. 2 represents an enthalpy-pressure diagram of the water illustrating the operation of the refrigerating installation 5 at the beginning of its operation.
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.  The points referenced A to G in FIG. 2 illustrate successive states through which water flowing in the refrigerating installation 5 passes.
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.  The point A represents liquid water that will be introduced into the tank 12 through the pipe 18, for example to fill the tank 12 at the beginning of the operation of the installation 5. The pressure of the liquid water at point A is at a first pressure value and the temperature of the liquid water at point A is at a first temperature value. According to one embodiment, the first pressure value is greater than or equal to 0.1 MPa (1 bar), for example greater than or equal to 0.1 MPa (1 bar) and less than or equal to 10 MPa (100 bar) . According to one embodiment, the first temperature value is greater than or equal to 5 ° C, for example greater than or equal to 5 ° C and less than or equal to 10 ° C. The water supplied into the reservoir 12 comes, for example, from a water distribution network to which the refrigerating installation 5 is connected. The first temperature value can then correspond to the temperature of the water supplied by the distribution network. .
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) 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 . Once introduced into the reservoir 12, the pressure of the liquid water 14 decreases from the first pressure value to the pressure in the first low pressure vessel 10 which is at a second pressure value. This corresponds to the transition from point A to point B. In operation, the second pressure value is equal to the saturated vapor pressure of the liquid water 14 present in the reservoir 12. According to one embodiment, the second value of pressure in the first chamber 10 at low pressure is typically between 600 Pa (6 mbar) and 2500 Pa (25 mbar), preferably between 600 Pa (6 mbar) and 1500 Pa (15 mbar). By way of example, for water at 5 ° C., the pressure in the first low-pressure enclosure 10 may be 870 Pa (8.7 mbar). The temperature of the liquid water introduced into the reservoir 12 during the pressure drop remains substantially constant and equal to the first temperature value.
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.  The temperature of the liquid water 14 in the reservoir 12 is at a second temperature value. At the beginning of the operation of the refrigerating plant 10, the second temperature value is substantially equal to the first temperature value so that the temperature of the water introduced into the reservoir 12 and whose pressure has decreased does not vary substantially.
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.  There is evaporation of a portion of the liquid water 14 in the tank 12 which will bring the water from the first temperature value to the second temperature value. This corresponds to the transition from point B to point C. Since the pressure in the low pressure chamber 10 is equal to the saturation vapor pressure of the water at the second temperature value, the vaporization is a boiling of the liquid water 14 which comprises in particular the formation of bubbles 43 (see Figure 1) in the liquid water 14. It is then obtained, in the first chamber 10 at low pressure, water vapor at the second temperature value and at the second pressure value. The protection element 20 makes it possible to prevent splashes of liquid water from reaching the compressor 32 or liquid water from spilling out of the tank 12 during the boiling of the liquid water 14. L Protective element 12 may, in addition, make it possible to increase the exchange surface by including parts penetrating into the liquid water.
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 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 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 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. According to one embodiment, all or part of the water vapor in the first low-pressure enclosure 10 is heated by the heating device 22. The temperature of a portion of water vapor in the first enclosure 10 at low pressure then changes from the second temperature value to a third value temperature. According to one embodiment, the steam is pumped by the compressor 32 into the part of the first chamber 10 where it is heated. This corresponds to the transition from point C to point D. According to one embodiment, the third temperature value is greater than or equal to 0 ° C. and less than or equal to 100 ° C. Preferably, the third temperature value is greater than the second temperature value of at least 2 ° C, preferably at least 10 ° C, more preferably at least 20 ° C. The pressure of the water vapor during the heating step does not vary substantially and remains substantially equal to the second pressure value. The use of the heating device 22 by radiation makes it possible to heat all the water vapor which supplies the compressor 32. In fact, it would be difficult with a conduction or convection heating device to heat all the water vapor that supplies the compressor 32 due to the low pressure and consequently the density of material too low in the first chamber 10 at low pressure.
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 dont la température passe de la troisième valeur de température à une quatrième valeur de température, supérieure à la troisième valeur de température. The water vapor heated to the third temperature value supplies the compressor 32 which delivers the compressed steam to the second low pressure vessel 30. This corresponds to the transition from the point D to the point E. According to one embodiment, the compression ratio of the compressor 32 is greater than or equal to 2 and for example less than or equal to 14. The pressure in the second enclosure 30 at low pressure is equal to a third pressure value greater than the second pressure value by at least a factor of 2. For example, the third pressure value is greater than or equal to 600 Pa (6 mbar) and less than or equal to at 10000 Pa (100 mbar), preferably less than or equal to 6000 Pa (60 mbar). By way of example, when the second pressure value is 870 Pa (8.7 mbar) and the compression ratio of the compressor 32 is equal to 2, the third pressure value is substantially equal to 1740 Pa (17 , 4 mbar). The compression of the water vapor by the compressor 32 causes a heating of the water vapor whose temperature changes from the third temperature value to a fourth temperature value, greater than the third temperature value.
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.  The water vapor compressed in the chamber 30 at low pressure is cooled and then liquefied in liquid water cooled by the condenser 34. This corresponds to the transition from the point E to the point F and to the transition from the point F to the point G. water pressure during the cooling and liquefying step does not vary substantially and remains equal to the third pressure value. The temperature of the water varies from the fourth temperature value to a fifth temperature value strictly below the fourth temperature value. By way of example, for a third pressure value equal to 1740 Pa (17.4 mbar), the fifth temperature value may be equal to 15.3 ° C. The higher the compression ratio, the more it is possible to condense the water with high outside temperatures and the faster the condensation can be achieved.
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.  The liquid water produced by the condenser 34 is discharged from the tank 30 at low pressure through the pipe 38. In the case of a closed cycle, the pipe 38 is connected to the pipe 18 so that the liquid water removed from the enclosure 30 is returned to the reservoir 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 30 à basse pression et l'enceinte 10 à basse pression est réalisé par le module de traitement 40 qui commande dans ce but le dispositif de chauffage 22, le compresseur 32, le condenseur 34, le système 42 et éventuellement la pompe à vide primaire.  Condensation causes vacuum pumping, related to the difference in mass volume between the liquid water and the carbonated water (ratio of about 1600 to 200000 between the liquid and gaseous phases), which maintains a vacuum level in the chambers 10 and 30. The maintenance of the pressure difference between the low pressure chamber 30 and the low pressure chamber 10 is carried out by the processing module 40 which controls the heating device 22, the compressor 32, for this purpose. the condenser 34, the system 42 and possibly the primary vacuum pump.
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 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. The primary vacuum pump operates at the start of the refrigeration plant 5 until the pressure in the first low pressure vessel 10 reaches the saturation vapor pressure at the first temperature value. The pump The vacuum can then be stopped and the pressure in the chamber 10 is maintained by the depression generated at the condenser 34 and the mechanical work of the compressor 32. The vacuum pump can also participate, if necessary, in maintaining the pressure in the chamber. the first enclosure 10 at low pressure.
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.  FIGS. 3 and 4 each represent an enthalpy-pressure diagram of the water illustrating the operation of the refrigeration plant 5 under steady state conditions respectively for an open cycle and for a closed cycle.
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.  Under stationary conditions, the reservoir 12 is filled with liquid water 14. Additional water is supplied via line 18 into reservoir 12 to compensate for the losses of liquid water from reservoir 12, for example continuously or intermittently . In the case of an open cycle, the additional water is at point A (Figure 3). In the case of a closed cycle, the liquid water supplement comes from the condensates recovered in the chamber 30 and is therefore at point G.
Lors de 1 ' 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 During the evaporation of the liquid water 14 from the tank 12 described above, the heat required to produce water vapor is extracted from the liquid water 14 since the first low pressure enclosure 10 is thermally insulated by relative to the external environment. A cooling of the liquid water 14 in the reservoir 12 is thus obtained. This is shown in FIGS. 3 and 4 by an additional state represented by the point B 'in the succession of states followed by the water circulating in the atmosphere. In fact, when water is introduced into the tank 12 at the first temperature value and at the first pressure value for an open cycle (point A in FIG. 3) and at the fifth temperature value and third pressure value for a closed cycle
(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 première valeur de température, correspondant à la transition du point B au point B'. (point G in Figure 4), there is a decrease in the pressure of this water to the second pressure value, corresponding to the transition from point A to point B, and a decrease in the temperature of the water of the first temperature value at the second temperature value, strictly less than the first temperature value corresponding to the transition from point B to 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.  The pressure in the first chamber 10 at low pressure decreases simultaneously with the decrease in the temperature of the liquid water 14 of the reservoir 12 to remain equal to the saturation vapor pressure at the temperature of the liquid water 14 in the reservoir 12. Maintaining the pressure in the chamber 10 at the saturation vapor pressure at the temperature of the liquid water 14 in the tank 12 is achieved by the processing module 40 which controls for this purpose the heating device 22, the compressor 32 and the condenser 34, the system 42 and possibly the primary vacuum pump.
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 According to one embodiment, the temperature of the liquid water 14 in the reservoir 12 decreases until reaching the temperature of the triple point of the water, which, for example, for a pressure of 611 Pa (6, 11 mbar) is 0.01 ° C. Ice crystals 15 are then formed in the reservoir 12, which corresponds to the transition between points B 'and B "in FIGS. 3 and 4. According to one embodiment, in stationary mode, the temperature of the water liquid 14 in the tank
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 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. 12 remains substantially constant and equal to the temperature of the triple point of pure water and the pressure in the first chamber 10 at low pressure is substantially equal to the saturation vapor pressure at the temperature of the triple point of water. According to another embodiment, when means for mixing the water are provided or when appropriate additives are added to the water, in a steady state, the temperature of the liquid water 14 in the tank 12 remains substantially constant and equal to a temperature below the temperature of the triple point of pure water and the pressure in the first chamber 10 at low pressure is substantially equal to the saturation vapor pressure of the water in equilibrium with the pressure of the water at the liquid state at the temperature below the temperature of the triple point of the water. The water is then present in the first chamber 10 at low pressure simultaneously in the gaseous state, in the liquid state and in the the solid state. According to another embodiment, especially when the refrigerating plant is used in an air-conditioning system, the temperature of the liquid water 14 in the tank 12 decreases to a temperature greater than the temperature of the triple point of the water less than 10 ° C, preferably less than 5 ° C. The water is then present in the first chamber 10 at low pressure simultaneously in the gaseous state and in the liquid state.
En résumé, l' évaporation d'une masse Mev d'eau va contribuer à refroidir la masse M]_-j_q d'eau restante à la deuxième valeur de température, puis à solidifier une masse Mso]_ d'eau, éventuellement nulle, qui se transforme alors en glace selon la relation (1) suivante : In summary, the evaporation of a mass M ev of water will contribute to cooling the mass M ] _-j_q of water remaining at the second temperature value, then to solidify a mass M so] _ of water, possibly zero, which then turns into ice according to the following relation (1):
MeV * Lev = Mliq * Cp * ΔΘ + Msol* Lsol (1) où Lev est la chaleur latente d' évaporation de l'eau, Cp est la capacité calorifique de l'eau liquide, ΔΘ est la différence entre les première et deuxième valeurs de température, et Lso]_ est la chaleur latente de solidification de l'eau. Me V * L ev = M liq * C p * ΔΘ + M sol * L sol (1) where L ev is the latent heat of evaporation of water, Cp is the heat capacity of liquid water, ΔΘ is the difference between the first and second temperature values, and L so] _ is the latent heat of solidification of the water.
Dans le cas où de l'eau à l'état solide est produite, en fin de cycle, on peut avoir une masse de glace Mso]_ selon la relation (2) suivante : In the case where water in the solid state is produced, at the end of the cycle, it is possible to have an ice mass M so] according to the following relation (2):
MeV * Lev = Msol * ( Cp * ΔΘ + 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 compresseurMe V * L ev = M sol * (C p * ΔΘ + L sol ) (2) The other transitions of states of water are the same as those previously described in relation to Figure 2. In particular, the heating step which corresponds to the transition between points C and D is intended to increase the temperature of the water vapor in the enclosure 10 at low pressure by at least 2 ° C, preferably at least 10 ° C preferably at least 20 ° C. In addition, when the temperature of the liquid water 14 in the reservoir 12 is reduced, the compression ratio of the compressor
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 par exemple égale à 16,05 °C pour une température ambiante d'environ 6 °C. 32 may be adjusted to retain substantially the same third pressure value in the second low pressure vessel 30. For example, when the second pressure value in the first enclosure 10 at low pressure is 611 Pa (6.11 mbar), the compression ratio of the compressor 32 is for example equal to 3 and the third pressure value in the second chamber 30 at low pressure is 1830 Pa (18.3 mbar). By way of example, the fifth value of the temperature of the liquid water produced by the condenser 34 at 1830 Pa (18.3 mbar) is, for example, equal to 16.05 ° C. for an ambient temperature of approximately 6 ° C. 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. L'utilisation ultérieure des cristaux de glace dépend de l'application envisagée.  According to one embodiment, the cold power extraction device 24 removes the ice crystals 15 as they form in the tank 12. The subsequent use of the ice crystals depends on the intended application .
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 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 .  For an application for the production of artificial snow, the ice crystals are recovered to produce artificial snow. There may be provided a refrigeration system for lowering the temperature of the recovered ice and / or a pumping unit to evaporate the residual water and thereby cool and dry the ice. In addition, it is possible to provide a chopping and aeration device for the ice produced.
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.  For an application for air conditioning or refrigeration and for the production of artificial snow, the ice crystals present in the tank 12 can act as a cold source.
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 liquide- apeur 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. The condenser 34 is adapted to liquefy the water vapor in the second chamber 30 at low pressure by a heat exchange between the water vapor in the second chamber 30 at low pressure and a refrigerant. According to one embodiment, the refrigerant is the air outside the refrigeration plant 5. The condenser 34 may comprise air stirring means, for example the fan coil 36 as shown in FIG. Figure 1, the air mixing is shown schematically by the arrow 44. Alternatively, the condenser 34 may comprise a venturi effect fan or a thermosiphon. According to another embodiment, the condenser 34 may comprise a heat exchanger group liquid-water vapor in the chamber 30 and a liquid-air or liquid / liquid exchanger group outside the chamber 30, the cooling fluid flowing between these two exchangers.
De façon avantageuse, la condensation de l'eau dans l'enceinte 30 ne nécessite pas la mise en oeuvre d'une machine frigorifique .  Advantageously, the condensation of the water in the enclosure 30 does not require the implementation of a refrigerating machine.
La production d'eau liquide par le condenseur 34 peut être réalisée par utilisation de l'air ambiant dès que la température de 1 ' 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.  The production of liquid water by the condenser 34 can be carried out by using ambient air as soon as the ambient air temperature is below the desired fifth temperature value. In the example described above in which the condenser 34 produces liquid water at 16.05 ° C., the ambient air can be used as soon as its temperature is below 16 ° C., preferably below 6 ° C. for obtain a temperature difference of at least 10 ° C on the exchanger.
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.  The maximum possible ambient air temperature allowing ambient air to be used as coolant by the condenser 34 is in particular fixed by the compression ratio of the compressor 32. With a compression ratio of 10, it can be envisaged a pressure saturating steam of 6000 Pa (60 mbar) in the second chamber 30 at low pressure and a fifth temperature value of 36 ° C, which can be obtained without difficulty as soon as the ambient air temperature is less than 30 ° C. Preferably, the refrigeration plant 5 can be used as soon as the ambient temperature is lower than 20 ° C for the production of artificial snow and less than 35 ° C for air conditioning.
Selon un mode de réalisation, le COP théorique de l'installation frigorifique 5 est de l'ordre de 19 à 20.  According to one embodiment, the theoretical COP of the refrigeration plant 5 is of the order of 19 to 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 (AA1) , d'une installation de type perche à neige (AA2) , d'une installation (AA3) à évaporation à basse pression entre 0,01 MPa (100 mbar) et 0,02 MPa (200 mbar) et d'une installation de type réfrigérateur (AA4) . Table I below shows, for an application to the production of artificial snow, and as a function of the ambient air temperature, the electrical consumption, expressed in kilowatts per cubic meter of snow produced, of the refrigerating plant 5 (INV) shown in FIG. 1, a snow gun type installation (AA1), a snow boom type installation (AA2), a low-evaporation installation (AA3). pressure between 0.01 MPa (100 mbar) and 0.02 MPa (200 mbar) and a refrigerator-type installation (AA4).
Tableau I  Table I
La consommation électrique par mètre cube de neige produite par l'installation frigorifique 5 (INV) est nettement inférieure à celle des installations frigorifiques de type réfrigérateur (AA4) et à évaporation à basse pression entre 0,01 MPa (100 mbar) et 0,02 MPa (200 mbar) (AA3) .  The electrical consumption per cubic meter of snow produced by the refrigerating plant 5 (INV) is much lower than that of refrigerator refrigeration units (AA4) and with low pressure evaporation between 0.01 MPa (100 mbar) and 0, 02 MPa (200 mbar) (AA3).
Selon un mode de réalisation, l'eau liquide fournie par 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.  According to one embodiment, the liquid water supplied by the condenser 34 is not reused. According to another embodiment, the water supplied by the condenser 34 is reused for supplying the reservoir 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.  FIG. 5 is a partial schematic view of a more detailed embodiment of the low-pressure tank 10 of the refrigeration plant 5 of FIG. 1.
Selon un mode de réalisation, l'élément de protection 20 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. 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.  According to one embodiment, the protective element 20 comprises a membrane or a screen 46 covering the free surface of the liquid water 14. The membrane or the screen 46 is permeable to water vapor and substantially watertight. liquid water. The protective element 20 may further comprise elements immersed in liquid water 14, not shown, and which make it possible to regulate the generation of bubbles 43 during the boiling of the liquid water 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 jusqu'à l'entrée du compresseur 32 pour obtenir le chauffage de la vapeur d'eau jusqu'à la température souhaitée. According to one embodiment, baffles 48 may be arranged in the part of the enclosure 10 in which the water vapor is heated by the heating device 22. The baffles 48 make it possible to lengthen the path of the steam. water until the inlet of the compressor 32 to obtain the heating of the steam to the desired temperature.
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.  FIG. 6 is a sectional, partial and schematic view of a more detailed embodiment of the device 24 for recovering the solid state water of the refrigeration plant 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.  In the present embodiment, the device 24 is adapted to extract the water in the solid state of the reservoir 12. Such an embodiment is particularly suitable in the case where the refrigerating plant 5 is used for the production of snow artificial.
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.  The device 24 may comprise a secondary enclosure 50 connected to the reservoir 12 by a low pipe 52 and a high pipe 54, located above the lower pipe 52. A pump 56 provided on the high pipe 54 is adapted to circulate the contents. from the reservoir 12 to the secondary enclosure 50 and a pump 58 provided on the lower pipe 52 is adapted to circulate the contents of the secondary enclosure 50 to the reservoir 12. The pressure in the secondary enclosure 50 may be higher than in the reservoir 12, for example equal to the atmospheric pressure, so that there is no boiling in the secondary enclosure 50. The ice crystals accumulate then over the liquid water 62 by settling in a floating cluster of ice 60. The device 24 comprises means 64 for extracting the ice crystals 60, comprising for example a worm or a bucket elevator.
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. FIG. 7 is a partial schematic cross-sectional view of another more detailed embodiment of the device 24. The device 24 may be part of an air-conditioning or refrigeration system, and may comprise a closed circuit in which circulates a refrigerant and comprising a first heat exchanger 66 disposed in the reservoir 12 and a second heat exchanger 68 located outside the enclosure 10. According to another embodiment, the first heat exchanger 66 does not is not present and the flowing liquid in the heat exchanger 68 corresponds to the liquid water 14 present in the reservoir 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.  FIG. 8 is a sectional, partial and schematic view of an embodiment of a refrigerating installation 70. The refrigerating installation 70 comprises all the elements of the refrigerating installation 5 represented in FIG. it further comprises means for maintaining the liquid water supercooled in the first enclosure 10 at low pressure. According to one embodiment, the means for maintaining the supercooled liquid water may comprise an agitator 72 adapted to stir the water in the liquid state in the first enclosure 10 at low pressure. The agitator 72 comprises, for example, a bar or a propeller rotated in water in the liquid state. According to another embodiment, the means for maintaining the supercooled liquid water may comprise at least one additive added. with water in the liquid state. This additive mixed with water, leads to a solution whose solidification temperature is below the solidification temperature of the water without additive.
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.  In the present embodiment, the temperature of the liquid water 14 in the first low-pressure chamber 10 may be less than the temperature of the triple point of the water, and is for example at a temperature which may vary from -40 ° C. C. at -1 ° C., preferably from -20 ° C. to -1 ° C. The operation of the refrigeration system 70 is identical to the operation previously described for the refrigeration plant 5 except that the temperature of the liquid water in the first low-pressure chamber 10 may be lower than the temperature of the triple point of the refrigeration system. 'water.
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 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. FIG. 9 is a partial schematic sectional view of a more detailed embodiment of a portion of the refrigeration plant of FIG. 8, in which the device 24 for extracting cold power in the tank 12 to the structure shown in FIG. 7. The second heat exchanger 68 of the device 24 is located in an enclosure 80 containing the water in the liquid state 82 and is used to cool the water in the liquid state 82 to obtain, in the chamber 80, water in the solid state 84. The pressure in the enclosure 80 may advantageously be greater than the saturation vapor pressure of the water at the temperature of the triple point of the water, and be, for example, at atmospheric pressure. According to another embodiment, the first heat exchanger 66 is not present and the liquid circulating in the heat exchanger 68 corresponds to the liquid water 14 present in the reservoir 12.
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 12 de l'installation frigorifique 5 est remplacé par N réservoirs 12]_ à 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 12]_ à 12-^. L'utilisation de plusieurs réservoirs 12]_ à 12-^ permet, de façon simple, 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 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.  FIG. 10 is a sectional, partial and schematic view of an embodiment of a refrigerating installation 90. The refrigerating installation 90 comprises all the elements of the refrigerating installation 5 represented in FIG. that the single tank 12 of the refrigeration plant 5 is replaced by N tanks 12] _ located in the first enclosure 10 at low pressure, N being an integer ranging from 1 to 100. The conduit 18 for water supply is connected to each tank 12] _12- ^. The use of several tanks 12 to 12 allows, in a simple way, to increase the surface of the liquid / vapor interface for the same volume of liquid water with respect to a single tank. In addition, the agitation of the liquid water, in particular by bubbling, is more effective when the liquid water height is reduced. In the present embodiment, the heater 22 is shown as an example within the inlet duct of the compressor 32 which opens into the first low pressure vessel 10.
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 12]_ à 12-^ 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 seulement de la différence de pression entre les enceintes 10 et 30. In the present embodiment, the line 38 for recovering the liquid water produced by the condenser 34 is connected to the line 18 and the liquid water recovered via the line 38 is discharged into the tanks 12] _ to 12- ^ by means of a pump 92, for example a positive displacement pump. According to another embodiment, the pump 92 may not be present, the circulation of liquid water in the pipes 18 and 38 then resulting only the pressure difference between the speakers 10 and 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.  In the present embodiment, the condenser 34 comprises nozzles 94 for spraying liquid water into the second low pressure chamber 30 in the form of droplets 96, three nozzles 94 being represented by way of example in FIG. Cold droplets 96 promote the condensation of water vapor expelled into the second chamber 30 at low pressure by the compressor 32, by multiplying the steam / liquid interfaces promoting the adsorption of water vapor. The liquid water is collected in a tank 98, formed for example by the bottom of the second chamber 30 at low pressure. The pipe 38 recovers a portion of the liquid water present in the tank 98. The condenser 34 further comprises a hydraulic circuit 100 in which circulates a portion of the liquid water present in the tank 98, intended to supply the nozzles 94 in cooled water. The hydraulic circuit 100 comprises a pump 102 for circulating the liquid water and a heat exchanger 104 located outside the second enclosure 30 at low pressure, for example a heat exchanger cooled by the ambient air , the condenser 34 comprising means, for example the fan 36 described above, for circulating ambient air through the heat exchanger 104. Alternatively, the exchanger 104 can be cooled by another source , for example a stream. The liquid water expelled by the nozzles 94, which has been cooled by the exchanger 104, is for example at room temperature. According to one embodiment, the temperature of the droplets 96 at the outlet of the nozzles 94 is lower than the temperature of the liquid water which supplies the hydraulic circuit 100 with at least 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 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 12]_ à 12^. 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 12]_ à peut, de façon avantageuse, jouer le rôle d'un agitateur de l'eau liquide présente dans les réservoirs 12]_ à 12-^ et favorise en outre le refroidissement de l'eau liquide contenue dans les réservoirs 12 ]_ à 12-^. La turbine 110 et la vanne 108 peuvent être commandées par le module de traitement 40, non représenté en figure 10. In the present embodiment, the system 42 for regulating the pressure difference between the second low-pressure enclosure 30 and the first low-pressure enclosure 10 comprises a pipe 106 connected to the second low-pressure enclosure 30 in the the enclosure 30 containing steam of water, the pipe 106 being equipped with a controllable flow control valve 108 and feeds an expansion turbine 110. The outlet of the turbine 110 is connected to a pipe 112 which feeds each tank 12] _ 12 ^. The turbine 110 receives water vapor at the pressure of the second low-pressure chamber 30, which is already cooled by the droplet condenser 34, and provides a two-phase mixture comprising liquid water and steam. water. The rotational speed of the turbine 110 is adjusted so that the discharged water vapor has the desired pressure. According to one embodiment, in the biphasic mixture at the outlet of the turbine 110, the liquid water has been cooled by expansion and the water vapor is substantially at the desired pressure in the first enclosure 10 at low pressure. The water vapor expelled through line 112 into each tank 12 may advantageously act as a stirrer for the liquid water present in tanks 12 to 12 and further promotes the cooling of the liquid water contained in the tanks 12] to 12- ^. The turbine 110 and the valve 108 can be controlled by the processing module 40, not shown in FIG.
Dans le présent mode de réalisation, le dispositif 24 d'extraction de puissance froide dans les réservoirs 12]_ à 12-^ comprend un circuit hydraulique 114 relié aux réservoirs 12 ]_ à dans lequel circule une partie de l'eau présente dans les réservoirs 12]_ à 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 12 ]_ à 12N. 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. In the present embodiment, the cold power extraction device 24 in the tanks 12 to 12 comprises a hydraulic circuit 114 connected to the tanks 12 through which a portion of the water present in the tanks circulates. tanks 12] _ to The hydraulic circuit 114 comprises a pump 116 for circulating the liquid water and a heat exchanger 118 located outside the first enclosure 10 at low pressure, for example a heat exchanger cooperating with a heat exchanger 120 of another hydraulic circuit 122 connected to a device 124 to cool. As shown in FIG. 10, the hydraulic circuit 114 can be connected to the pipe 18 for the delivery of the liquid water flowing in the hydraulic circuit 114 to the tanks 12] at 12 N. In the present embodiment, the turbocharger 32 comprises two successive stages 130 and 132. The first stage 130 has a fixed compression ratio, for example equal to about 3, and the second stage 132 has a controllable variable compression ratio. The rotational speed of the second turbomachine 132 can be controlled by the processing module 40, not shown in FIG. 10. Preferably, each stage 130, 132 corresponds to a turbocharger. The first stage 130 makes it possible to control the flow rate of water vapor extracted from the first enclosure 10 at low pressure. The second stage 132 makes it possible to fix the pressure of the water vapor discharged into the second chamber 30 at low pressure.
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.  In FIG. 10, there is furthermore a primary vacuum pump 134 connected to the first low-pressure enclosure 10 via a line 136 equipped with a controllable valve 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.  Particular embodiments have been described. Various variations and modifications will be apparent to those skilled in the art. In particular, although in the embodiments described above, the condenser 34 is a capacitor in which the water vapor is cooled and liquefied by the ambient air, other types of condenser 34 may be used, for example a condenser with liquid cooling.

Claims

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 ; A refrigeration plant (5; 70) comprising: a first vessel (10) containing water in the liquid state (14) at a temperature less than or equal to the temperature of the triple point of water or greater than temperature of the triple point of the water of less than 10 ° C, and water in the gaseous state (11) at a first pressure equal, within 10%, to the saturation vapor pressure of the water in equilibrium with the pressure of the water in the liquid state (14) in the first chamber;
une deuxième enceinte (30) à une deuxième pression supérieure strictement à la première pression d'au moins un facteur deux ;  a second chamber (30) at a second pressure that is strictly greater than the first pressure by at least a factor of two;
un dispositif de compression (32) reliant la première enceinte à la deuxième enceinte adapté à fournir un taux de compression supérieur à deux ;  a compression device (32) connecting the first chamber to the second chamber adapted to provide a compression ratio greater than two;
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  a condensation device (34) partially housed in the second chamber and adapted to condense the water in the gaseous state in the second chamber with water in the liquid state; and
un dispositif (24) d'extraction de puissance froide dans la première enceinte.  a device (24) for extracting cold power in the first enclosure.
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) .  2. Refrigeration installation according to claim 1, comprising a device (22) for heating water in the gaseous state in the first chamber (10) intended to feed the compression device (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.  3. Refrigeration plant according to claim 1 or 2, wherein the first chamber (10) further contains water in the solid state (15) at a temperature less than or equal to the temperature of the triple point of the water. .
4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'eau circule en circuit fermé dans 1 ' installation .  4. Installation according to any one of claims 1 to 3, wherein the water flows in a closed circuit in one 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. 5. Refrigeration plant according to any one of claims 1 to 4, wherein the condensation device (34) comprises a first heat exchanger outside the second chamber (30) and means (36) for circulating a first heat transfer fluid through the first heat exchanger.
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.  6. Refrigeration plant according to claim 5, wherein the first heat transfer fluid is the ambient air or water of a watercourse, a body of water and / or a body of water. .
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.  7. Refrigeration plant according to any one of claims 1 to 6, wherein the second pressure in the second chamber (30) is less than or equal to 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.  8. Refrigeration plant according to any one of claims 1 to 7, wherein the device (24) for extracting cold power comprises a hydraulic circuit in which circulates a portion or all of the water in the present liquid state. in the first chamber (10), the hydraulic circuit comprising a second heat exchanger (68) located outside the first enclosure.
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) .  9. Refrigeration installation according to any one of claims 1 to 7, wherein the device (24) of cold power extraction comprises a closed hydraulic circuit in which circulates a second heat transfer fluid, the hydraulic circuit comprising a second heat exchanger (68) located outside the first enclosure and a third heat exchanger (66) disposed in the first enclosure (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).  10. Refrigeration plant according to claim 8 or 9, comprising a third enclosure (80) in which is located the second heat exchanger (68) and containing water in the solid state (84).
11. Installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le dispositif de chauffage 11. Refrigeration plant according to any one of claims 1 to 10, wherein the heating device
(22) comprend une source d'un rayonnement micro-onde et/ou une source d'un rayonnement infrarouge. (22) comprises a source of microwave radiation and / or a source of infrared radiation.
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) . 12. Refrigeration plant according to any one of claims 1 to 11, wherein the heating device (22) is adapted to heat at least 2 ° C water in the gaseous state. in the first enclosure (10) for supplying the compression device (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 .  13. Refrigeration installation according to any one of claims 1 to 12, wherein the compression device (32) comprises at least one turbine engine type compressor.
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.  14. Refrigeration installation according to any one of claims 1 to 13, wherein the compression device (32) comprises a succession of stages, each stage comprising a rotor and a 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.  15. Refrigerating plant according to any one of claims 1 to 14, wherein the compression device (32) is a Tesla compressor.
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.  The refrigeration plant according to any one of claims 1 to 15, wherein the compression device (32) comprises a first fixed compression ratio compressor stage (130) and a second rate compressor stage (132). controllable compression.
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.  17. Refrigeration plant according to any one of claims 1 to 16, further comprising, in the first chamber, a device (20) for protecting the compression device (32) against the admission of particles in the solid state. and / or liquid.
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).  18. Refrigeration plant according to any one of claims 1 to 17, comprising a conduit (18) for supplying water in the liquid state (14) in the first chamber (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).  19. Installation according to any one of claims 1 to 18, wherein the condensation device (34) comprises at least one nozzle (94) for projecting droplets (96) of water in the liquid state in the second chamber (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) .  20. Installation according to any one of claims 1 to 19, further comprising a system (42) for regulating the pressure difference between the second chamber (30) and the first chamber (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) . Apparatus according to claim 20, wherein the control system (42) comprises a turbine (110) detent device configured to release gaseous water from the second chamber (30) and discharge a mixture containing gaseous water and liquid water into the first chamber ( 10).
22. Installation selon la revendication 21, dans laquelle la première enceinte (10) comprend au moins un réservoir (12 ; 121 à 12j^) d'eau à l'état liquide et dans laquelle ledit mélange est refoulé dans l'eau à l'état liquide contenue dans ledit réservoir. 22. Installation according to claim 21, wherein the first chamber (10) comprises at least one reservoir (12; 121 to 12 j ^) of water in the liquid state and in which said mixture is discharged into the water. the liquid state contained in said reservoir.
23. Système de climatisation, destiné aux installations industrielles, comprenant une installation frigorifique selon l'une quelconque des revendications 1 à 22.  23. An air conditioning system for industrial installations comprising a refrigeration plant according to any one of claims 1 to 22.
24. Système de production de neige artificielle comprenant une installation frigorifique (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 22.  24. Artificial snow production system comprising a refrigeration plant (5) according to any one of claims 1 to 22.
25. Procédé de production de froid comprenant les étapes suivantes :  25. Process for producing cold comprising the following steps:
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 ;  bringing water in the liquid state (14) to a first chamber (10) at a temperature less than or equal to the temperature of the triple point of the water or greater than the temperature of the triple point of the water less than from 10 ° C, and form water in the gaseous state at a first pressure equal to 10%, at the saturation vapor pressure of the water in equilibrium with the water pressure in the state liquid in the first chamber;
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 ;  compressing water in the gaseous state of the first chamber to a second chamber at a second pressure strictly at the first pressure at least a factor of two;
condenser l'eau à l'état gazeux dans la deuxième enceinte en eau à l'état liquide ; et  condensing the water in the gaseous state in the second chamber with water in the liquid state; and
extraire de la puissance froide dans la première enceinte .  extract cold power into the first enclosure.
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.  The method of claim 25, further comprising the step of heating the gaseous water in the first chamber to be compressed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3117200B1 (en) 2020-12-04 2023-01-13 Alpinov X Machine for the production of water particles in a solid state, such as particles of ice or snow
FR3117199B1 (en) * 2020-12-04 2022-12-16 Alpinov X Evaporator for refrigeration installation delimiting two evaporation enclosures respectively at high pressure and low pressure and separated by a filtration screen
CN115325722B (en) * 2022-08-16 2023-11-07 中国人民解放军海军特色医学中心 Refrigerating system of hyperbaric oxygen chamber

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1247024B1 (en) * 1999-12-17 2003-07-09 I.D.E. Technologies Ltd. A method of improving the performance of heat-pump installations for making ice

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1061142A (en) * 1909-10-21 1913-05-06 Nikola Tesla Fluid propulsion
FR924606A (en) * 1946-03-29 1947-08-11 Method and apparatus for instantaneous freezing of various liquids
NL8200922A (en) 1982-03-05 1983-10-03 Tno HEAT PUMP.
JPS63269969A (en) * 1987-04-27 1988-11-08 House Food Ind Co Ltd Method for concentrating liquid product
IL106945A (en) * 1993-09-08 1997-04-15 Ide Technologies Ltd Centrifugal compressor and heat pump containing it
SE511558C2 (en) * 1994-07-12 1999-10-18 Electrolux Sarl Ways to cool a sheath to keep a graft cold
US6328527B1 (en) * 1999-01-08 2001-12-11 Fantom Technologies Inc. Prandtl layer turbine
JP2004251541A (en) * 2003-02-20 2004-09-09 Daikin Ind Ltd Dual freezing equipment
EP2343489B1 (en) * 2006-04-04 2018-05-09 Efficient Energy GmbH Heat pump
JP2007278666A (en) * 2006-04-11 2007-10-25 Daikin Ind Ltd Binary refrigerating device
JP5483959B2 (en) * 2009-08-28 2014-05-07 株式会社ササクラ Evaporative cooling device
CN101792193B (en) * 2010-03-19 2012-05-02 浙江大学 Device and method for desalting seawater by using cold energy of liquefied natural gas
US8529665B2 (en) * 2010-05-12 2013-09-10 Praxair Technology, Inc. Systems and methods for gas separation using high-speed induction motors with centrifugal compressors
GB2485864B (en) 2011-07-14 2013-05-29 Ide Technologies Ltd Vacuum ice maker (vim) with an integrated water vapor depostion process
WO2012147366A1 (en) * 2011-04-28 2012-11-01 パナソニック株式会社 Freezer
FR2977656B1 (en) * 2011-07-06 2015-07-17 Electricite De France THERMAL EXCHANGE SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THERMAL POWER DEVELOPED BY SUCH THERMAL EXCHANGE SYSTEM
US20130256423A1 (en) * 2011-11-18 2013-10-03 Richard G. Lord Heating System Including A Refrigerant Boiler
CN103822420A (en) * 2013-09-09 2014-05-28 深圳市西凌普空调冷冻设备有限公司 Hydroenergy vaporization ice-making device and control method thereof
ITVI20130303A1 (en) * 2013-12-19 2015-06-20 Nevexn Srl PERFECTED CANNON FOR THE PRODUCTION OF ARTIFICIAL SNOW
US10539350B2 (en) * 2016-02-26 2020-01-21 Daikin Applied Americas Inc. Economizer used in chiller system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1247024B1 (en) * 1999-12-17 2003-07-09 I.D.E. Technologies Ltd. A method of improving the performance of heat-pump installations for making ice

Also Published As

Publication number Publication date
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