FR2571481A1 - REFRIGERATION ENERGY STORAGE DEVICE - Google Patents
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- F28G7/00—Cleaning by vibration or pressure waves
Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de stockage de l'énergie fri- gorifique. On connaft bien l'intérêt qu'il y a à accumuler du froid, en exploitant la chaleur latente de "fusion-cristallisation" de l'eau ou des eutectiques d'hydrates salins. On pourra, à cet égard, se reporter au brevet français n" 80 06 130, publié sous le n" 2 490 800. The present invention relates to a device for storing the cooling energy. We are well aware of the advantage of accumulating cold, by exploiting the latent heat of "fusion-crystallization" of water or salt hydrate eutectics. In this regard, reference may be made to French patent No. 80 06 130, published under No. 2 490 800.
On trouve par ailleurs dans le commerce des eutectiques d'hydrates salins dans une gamme de temperatures allant de 00C à - 70"C. Par ailleurs, on connaft différents systèmes permettant le stockage de l'énergie frigorifique par utilisation de la chaleur latente de "fusion-cristallisation". Parmi ces systèmes, on peut citer notamment : les bacs à glace, ouverts ou fermés, les échangeurs accumulateurs du type décrit dans le brevet sus-mentionné, les machines à glace, etc. There are also commercially available eutectics of salt hydrates in a temperature range from 00C to - 70 "C. In addition, various systems are known for storing the cooling energy by using the latent heat of" fusion-crystallization ". Among these systems, there may be mentioned in particular: ice tanks, open or closed, accumulator exchangers of the type described in the above-mentioned patent, ice machines, etc.
La présente invention se propose d'apporter un nouveau dispositif de stockage de l'énergie frigorifique, qui présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs antérieurement connus, et particulièrement
- une meilleure densité de stockage;
- un prix de revient inférieur
- un rendement global supérieur
- une mise en oeuvre simplifiée.The present invention proposes to provide a new refrigeration energy storage device, which has many advantages over previously known devices, and particularly
- better storage density;
- a lower cost price
- higher overall yield
- a simplified implementation.
L'idée à la base de l'invention consiste à engendrer des cristaux de glace ou d'eutectique par dégivrage continu d'un échangeur-évaporateur, et à stocker les cristaux de glace ou d'eutectique ainsi obtenus. The idea underlying the invention consists in generating ice or eutectic crystals by continuous defrosting of an exchanger-evaporator, and in storing the ice or eutectic crystals thus obtained.
L'invention a donc pour objet un disposi tif qui comprend : un échangeurs évaporateur, générateur de cristaux de glace ou d'eutectique, dont le primaire est raccordé à un générateur de froid ; des moyens de séparation des cristaux de glace ou d'eutectique, qui prennent naissance sur la surface du secondaire de ltéchangeur-évaporateur, ces cristaux étant entraînés soit mécaniquement, soit naturellement par le flux du caloporteur duquel ils sont issus, et une enceinte de stockage qui reçoit les cristaux issus de la surface du secondaire de l'échangeurévaporateur, l'accumulation de ces cristaux dans ladite enceinte constituant le stockage d'énergie frigorifique par chaleur latente de cristallisation. The subject of the invention is therefore a device which comprises: an evaporator exchanger, generator of ice crystals or of eutectic, the primary of which is connected to a cold generator; means for separating ice or eutectic crystals, which arise on the secondary surface of the exchanger-evaporator, these crystals being driven either mechanically or naturally by the flow of the coolant from which they come, and a storage enclosure which receives the crystals from the secondary surface of the evaporative exchanger, the accumulation of these crystals in said enclosure constituting the storage of cooling energy by latent heat of crystallization.
Selon l'invention, le primaire de l'échangeur-évaporateur est raccordé à un générateur de froid dont l'évaporateur est remplacé par l'échangeurévaporateur du dispositif selon l'invention. Le fluide frigorigène utilisé (fréon, ammoniac, etc. ) dépend de l'utilisation ou de l'application envisagée. Le calo porteur qui circule dans tout le secondaire est soit de l'eau, soit un eutectique d'hydrate salin, et, selon que ce fluide est à l'état liquide ou à l'état solide, il est dit "caloporteur" ou "calostockeur". According to the invention, the primary of the exchanger-evaporator is connected to a cold generator, the evaporator of which is replaced by the exchanger-evaporator of the device according to the invention. The refrigerant used (freon, ammonia, etc.) depends on the intended use or application. The carrier calo which circulates throughout the secondary is either water, or a eutectic of saline hydrate, and, depending on whether this fluid is in the liquid state or in the solid state, it is said to be "coolant" or "calostockeur".
On comprend que les fonctions du dispositif objet de l'invention sont mul tipules 1 - il permet de refroidir, de façon classique, le caloporteur qui circule dans
le secondaire et qui est destiné à l'alimentation des équipements consom
mant l'énergie frigorifique 2 - il transforme le caloporteur en calostockeur, en cristallisant le caloporteur
sur la surface du secondaire de 1' échangeur -évaporateur, lorsque la tempé
rature de peau de ce dernier est inférieure à la température de cristallisa
tion de l'eau ou de l'eutectique d'hydrate salin utilisé 3 - il assure la séparation des cristaux de glace ou d'eutectique qui se forment
sur la surface du secondaire de l'échangeur-évaporateur ou la surfusion du caloporteur 4 - il accumule l'énergie frigorifique dans l'enceinte de stockage, sous la forme
des cristaux précédemment séparés de la surface de l'échangeur-évaporateur
ou générés par la surfusion ; et, 5 - il restitue l'énergie frigorifique précédemment stockée au caloporteur, par
échange direct entre le caloporteur, dont la température est alors supé
rieure à celle du calostockeur, et le calostockeur lui-meme.It is understood that the functions of the device which is the subject of the invention are multiple tips 1 - it makes it possible to cool, in a conventional manner, the coolant which circulates in
the secondary and which is intended to supply the equipment consumed
mant the cooling energy 2 - it transforms the coolant into a coolant, crystallizing the coolant
on the secondary surface of the exchanger-evaporator, when the temperature
skin rature of the latter is below the crystallized temperature
tion of the water or the salt hydrate eutectic used 3 - it ensures the separation of the ice crystals or eutectic which are formed
on the secondary surface of the exchanger-evaporator or the supercooling of the coolant 4 - it accumulates the cooling energy in the storage enclosure, in the form
crystals previously separated from the surface of the exchanger-evaporator
or generated by supercooling; and, 5 - it restores the refrigerating energy previously stored in the coolant, by
direct exchange between the coolant, the temperature of which is then higher
higher than that of the heat sink, and the heat sink itself.
Selon une caractéristique de la présente invention, les moyens de séparation des cristaux de glace ou d'eutectique de la surface de l'échangeur-évaporateur sont constitués, de préférence, par un système émettant des vibrations, et plus particulièrement par un générateur d'ultrasons soumettant le volume utile de ltéchangeur-évaporateur à un flux ultrasonique réparti. According to a characteristic of the present invention, the means for separating the ice crystals or eutectic from the surface of the exchanger-evaporator are preferably constituted by a system emitting vibrations, and more particularly by a generator of ultrasound subjecting the useful volume of the exchanger-evaporator to a distributed ultrasonic flow.
D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins
- la Figure 1 est une représentation schématique illustrant le principe général de fonctionnement du dispositif selon cette invention;
- la Figure 2 est une vue schématique illustrant un premier exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention, dans lequel l'évaporateur est intégré à l'enceinte de stockage de l'énergie frigorifique
- la Figure 3 est une vue partielle, à échelle agrandie, représentant une variante d'échangeur-évaporateur utilisée dans le dispositif de la Figure 2;;
- les Figures 4 et 5 sont des vues, respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale, d'un échangeur-évaporateur utilisé dans un dispositif
selon l'invention, dans lequel il est séparé de l'enceinte de stockage
- les Figures 6 et 7 représentent un autre exemple de réalisation d'un échangeur-évaporateur séparé de l'enceinte de stockage
- la Figure 8 est une vue en plan des Figures 6 et 7
- la Figure 9 est une vue partielle représentant la forme de la conduite assurant le transfert des cristaux de glace ou d'eutectique de l'échangeurévaporateur vers l'enceinte de stockage ; et,
- les Figures 10 et 11 sont des vues en coupe longitudinale et transversale d'une autre variante.Other characteristics and advantages of this invention will emerge from the description given below with reference to the appended drawings, which illustrate various embodiments thereof which are in no way limiting. On the drawings
- Figure 1 is a schematic representation illustrating the general principle of operation of the device according to this invention;
- Figure 2 is a schematic view illustrating a first embodiment of a device according to the invention, in which the evaporator is integrated into the refrigeration energy storage enclosure
- Figure 3 is a partial view, on an enlarged scale, showing a variant of exchanger-evaporator used in the device of Figure 2;
- Figures 4 and 5 are views, respectively in longitudinal section and in cross section, of an exchanger-evaporator used in a device
according to the invention, in which it is separated from the storage enclosure
- Figures 6 and 7 show another embodiment of an exchanger-evaporator separate from the storage enclosure
- Figure 8 is a plan view of Figures 6 and 7
- Figure 9 is a partial view showing the shape of the pipe ensuring the transfer of ice or eutectic crystals from the evaporator exchanger to the storage enclosure; and,
- Figures 10 and 11 are views in longitudinal and cross section of another variant.
On se réfère en premier lieu à la Figure 1, qui est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention destinée à en comprendre le principe de fonctionne ment. Reference is firstly made to FIG. 1, which is a schematic view of a device according to the invention intended to understand the principle of operation thereof.
Ce dispositif comprend essentiellement un compresseur frigorifique 10, un évaporateur 12 dans lequel se forment, par givrage, les cristaux de glace ou d'eutectique, un circuit de circulation 14 du caloporteur, comportant une pompe 16, une cuve de stockage 18 reliée à l'évaporateur 12 par une conduite de liaison 20, un filtre 24 à la partie supérieure de la cuve de stockage, pour retenir les cristaux formés et laisser passer le caloporteur, et un moyen 22 pour assurer la séparation des cristaux de la surface de l'évaporateur sur laquelle ils se forment. This device essentially comprises a refrigeration compressor 10, an evaporator 12 in which ice or eutectic crystals are formed by icing, a circulation circuit 14 of the coolant, comprising a pump 16, a storage tank 18 connected to the evaporator 12 by a connecting line 20, a filter 24 at the top of the storage tank, to retain the crystals formed and allow the coolant to pass, and a means 22 to ensure the separation of the crystals from the surface of the evaporator on which they are formed.
On comprend que les cristaux de glace ou d'eutectique qui se forment et se déposent sur la surface de l'évaporateur 12 sont décollés de cette surface par le moyen 22 (qui sera décrit en détail ci-après), et ils sont entraînés naturellement ou mécaniquement par le caloporteur vers la cuve de stockage 18, leur accu mulation dans cette cuve constituant le stockage de l'énergie frigorifique par chaleur latente de cristallisation. It is understood that the ice or eutectic crystals which form and deposit on the surface of the evaporator 12 are detached from this surface by the means 22 (which will be described in detail below), and they are entrained naturally or mechanically by the coolant to the storage tank 18, their accumulation in this tank constituting the storage of the cooling energy by latent heat of crystallization.
Le générateur de froid (compresseur 10) qui alimente le circuit primaire de l'évaporateur 12 est conçu de façon qu'à toute variation de charge frigorifique secondaire corresponde une variation simultanée de la température d'évaporation du fluide frigorifique du générateur de froid. Il en résulte que la température d'évaporation du circuit primaire de l'évaporateur varie entre - un maximum qui correspond à une charge frigorifique maximale ; et, - un minimum, qui correspond à une charge frigorifique minimale. The cold generator (compressor 10) which supplies the primary circuit of the evaporator 12 is designed so that any variation in secondary refrigerant charge corresponds to a simultaneous variation in the evaporation temperature of the refrigerant fluid in the cold generator. As a result, the evaporation temperature of the primary circuit of the evaporator varies between - a maximum which corresponds to a maximum refrigerating charge; and, - a minimum, which corresponds to a minimum refrigerating charge.
On peut considérer trois modes de fonctionnement:
10 - Stockas
La puissance frigorifique exigée par les équipements terminaux est inférieure à la puissance développée par le générateur de froid. La température d'évaporation du générateur atteint une valeur telle que la puissance frigorifique développée par ce générateur s'équilibre avec la puissance frigorifique transférable au secondaire par l'intermédiaire de 1' échangeur-évaporateur, Dans ces conditions, la température d'évaporation du générateur de froid est telle que la température de surface de l'échangeur, côté secondaire, devient inférieure à la température de cristallisation du caloporteur secondaire. I1 se produit alors un givrage de l'échangeur-évaporateur et la mise en action du moyen de séparation 22 des cristaux du caloporteur qui ont pris naissance sur sa surface. Les cristaux ainsi formés et séparés de la surface de l'évaporateur présentent une densité inférieure à celle de l'eau ou de l'eutectique duquel ils sont issus. Ladite différence de densité est avantageusement utilisée, selon cette invention, pour que les cristaux du caloporteur secondaire ainsi formés et détachés de la surface de l'évaporateur se placent naturellement à la partie haute de la cuve de stockage, comme on l'a représenté sur la Figure 1.C'est par accumulation successive de ces cristaux dans la cuve de stockage 18 que l'on réalise, selon l'invention, le stockage de l'énergie frigorifique désiré.We can consider three operating modes:
10 - Stockas
The cooling capacity required by the terminal equipment is less than the power developed by the cold generator. The evaporator temperature of the generator reaches a value such that the refrigerating power developed by this generator is balanced with the refrigerating power transferable to the secondary via the exchanger-evaporator. Under these conditions, the evaporating temperature of the cold generator is such that the surface temperature of the exchanger, on the secondary side, becomes lower than the crystallization temperature of the secondary coolant. I1 then occurs an icing of the exchanger-evaporator and the actuation of the separation means 22 of the coolant crystals which have arisen on its surface. The crystals thus formed and separated from the surface of the evaporator have a density lower than that of the water or the eutectic from which they come. Said difference in density is advantageously used, according to this invention, so that the crystals of the secondary coolant thus formed and detached from the surface of the evaporator are placed naturally at the top of the storage tank, as shown in Figure 1. It is by successive accumulation of these crystals in the storage tank 18 that one realizes, according to the invention, the storage of the desired cooling energy.
2" - Production directe d'énergie frigorifique
La puissance appelée par les équipements terminaux est, dans ce cas, sensiblement égale à la puissance développée par le générateur de froid 10. La température d'évaporation du générateur de froid atteint alors une valeur telle que la puissance frigorifique développée par ce générateur s'équilibre avec la puissance frigorifique transférable au secondaire par l'intermédiaire de ltévapo- rateur 12. La température de surface de l'échangeur, côté secondaire, est alors telle que l'on observe un refroidissement traditionnel en chaleur sensible du caloporteur secondaire.2 "- Direct production of cooling energy
The power called by the terminal equipment is, in this case, substantially equal to the power developed by the cold generator 10. The evaporation temperature of the cold generator then reaches a value such that the cooling power developed by this generator s' equilibrium with the refrigerating power transferable to the secondary via the evaporator 12. The surface temperature of the exchanger, on the secondary side, is then such that a traditional cooling in sensible heat of the secondary coolant is observed.
30 -Déstockane
La puissance frigorifique qui est demandée par les équipements terminaux est supérieure à la puissance qui est développée par le générateur de froid 10. Dans ces conditions, la température d'évaporation du générateur de froid atteint une valeur maximale, qui est toutefois insuffisante pour répondre à la demande du caloporteur secondaire. I1 en résulte que la température du caloporteur secondaire croit, pour atteindre une valeur sensiblement supérieure à la tempé- rature de fusion du calostockeur préalablement cristallisé dans la cuve de stockage 18 du dispositif. Le caloporteur liquide, mis au contact du calostockeur préalablement cristallisé, puise alors le complément de puissance frigorifique réclamé, par échange direct et fusion du calostockeur contenu dans la cuve 18.30 - Destockane
The cooling power which is required by the terminal equipment is greater than the power which is developed by the cold generator 10. Under these conditions, the evaporation temperature of the cold generator reaches a maximum value, which is however insufficient to meet the demand of the secondary coolant. As a result, the temperature of the secondary coolant increases, to reach a value substantially higher than the melting temperature of the heat sink previously crystallized in the storage tank 18 of the device. The liquid coolant, brought into contact with the previously crystallized heat sink, then draws the additional cooling capacity required, by direct exchange and fusion of the heat sink contained in the tank 18.
On a indiqué ci-dessus que le dispositif selon l'invention prévoyait des moyens (22, Fig. 1) pour assurer la séparation des cristaux de glace ou d'eutectique de la surface de l'échangeur. On peut, selon l'invention, envisager tout moyen approprié, notamment des dispositifs thermiques ou mécaniques. It was indicated above that the device according to the invention provided means (22, Fig. 1) for ensuring the separation of the ice crystals or eutectic from the surface of the exchanger. One can, according to the invention, consider any suitable means, in particular thermal or mechanical devices.
On peut utiliser les systèmes classiques de dégivrage qui réalisent, au droit de l'interface "échangeur-givre", une fusion des cristaux de glace, qui sont ainsi décollés de la surface de l'échangeur. L'origine du flux thermique qui est nécessaire à cette séparation peut être de nature diverse, par exemple un réchauffage thermique de l'interface à partir de cordons électriques uniformément répartis, ou par inversion et soufflage des gaz chauds du compresseur frigorifique, alors introduits dans 1' échangeur-évaporateur. I1 s'agit là de techniques bien connues de l'homme de l'art, et, pour cette raison, elles ne seront pas décrites en détail. Conventional defrosting systems can be used which perform, at the level of the "exchanger-frost" interface, a melting of the ice crystals, which are thus detached from the surface of the exchanger. The origin of the heat flux which is necessary for this separation can be of various nature, for example a thermal reheating of the interface from uniformly distributed electrical cords, or by inversion and blowing of the hot gases of the refrigerating compressor, then introduced into 1 exchanger-evaporator. These are techniques well known to those skilled in the art, and for this reason will not be described in detail.
Selon l'invention, on utilise avantageusement un système mécanique engendrant des vibrations, pour assurer la rupture des liaisons "cristaux-échangeurs" avec une faible dépense en énergie. De préférence, on soumet le volume utile de l'évaporateur 12 à un flux ultrasonique réparti, qui est obtenu à l'aide d'au moins une sonotrode vibrante. L'évaporateur 12 étant immergé dans le liquide caloporteur secondaire, les sonotrodes émettent des vibrations à haute fréquence qui sont transmises au liquide en y créant des alternances de pressions et de dépressions, qui peuvent engendrer le phénomène de cavitation, se caractérisant notamment par la formation de microbulles qui implosent violemment, en décollant les cristaux de glace ou d'eutectique des parois des surfaces de l'évaporateur.Grâce à cette application d'ultrasons, on obtient les avantages suivants - obtention d'un coëfficient d'échange thermique maximal, en raison notamment
de l'inexistence d'une couche de givre significative sur les parois de l'échangeur évaporateur - accroissement du cosfficient d'échange de 1' échangeur-évaporateur, en raison
de l'accroissement du coéfficient de transfert convectif; en effet, les vibra
tions ou l'implosion des microbulles générées par les ultrasons peuvent être
assimilées à un accroissement relatif des vitesses des fluides en contact avec
la surface de l'évaporateur - possibilité de moduler l'onde ultrasonique en puissance, fréquence et durée,
ce qui permet de modifier la structure macroscopique cristalline des cris
taux libérés. Grâce à cette modulation, on peut obtenir un stockage de cris
taux plus ou moins compact, donc plus ou moins dense en énergie, et dont
la surface d'échange (caloporteur - calostockeur) peut être adaptée aux
puissances de déstockage requises.According to the invention, a mechanical system generating vibrations is advantageously used, to ensure the rupture of the "crystal-exchanger" links with a low energy expenditure. Preferably, the useful volume of the evaporator 12 is subjected to a distributed ultrasonic flow, which is obtained using at least one vibrating sonotrode. The evaporator 12 being immersed in the secondary heat transfer liquid, the sonotrodes emit high frequency vibrations which are transmitted to the liquid by creating alternating pressures and depressions, which can cause the phenomenon of cavitation, characterized in particular by the formation microbubbles that violently implode, by peeling off ice or eutectic crystals from the walls of the surfaces of the evaporator. Thanks to this application of ultrasound, the following advantages are obtained - obtaining a maximum heat exchange coefficient, due in particular
the absence of a significant layer of frost on the walls of the evaporator exchanger - increase in the exchange coefficient of the exchanger-evaporator, due
increasing the convective transfer coefficient; indeed, the vibra
tions or the implosion of microbubbles generated by ultrasound can be
assimilated to a relative increase in the velocities of the fluids in contact with
the surface of the evaporator - possibility of modulating the ultrasonic wave in power, frequency and duration,
which makes it possible to modify the macroscopic crystal structure of the calls
released rates. Thanks to this modulation, it is possible to obtain a storage of calls
more or less compact rate, therefore more or less energy dense, and of which
the exchange surface (coolant - heat sink) can be adapted to
destocking powers required.
On remarquera que, dans le cas d'un flux ultrasonique continu, on peut voir apparaitre un phénomène de surfusion du caloporteur contenu dans le volume utile de 1' échangeur-évaporateur. Dans ce cas, le caloporteur ne cristallise qu'après libération de ce flux, et les cristaux du caloporteur apparaissent à la sortie de 1' échangeur-évaporateur, c'est-à-dire dans la cuve de stockage 18. It will be noted that, in the case of a continuous ultrasonic flow, one can see a phenomenon of supercooling of the coolant contained in the useful volume of the exchanger-evaporator. In this case, the coolant only crystallizes after this flow has been released, and the crystals of the coolant appear at the outlet of the exchanger-evaporator, that is to say in the storage tank 18.
L'énergie frigorifique nécessaire à la formation de ces cristaux est extraite de l'énergie frigorifique de surfusion, le caloporteur retrouvant alors sa température de cristallisation.The cooling energy necessary for the formation of these crystals is extracted from the cooling energy of supercooling, the coolant then regaining its crystallization temperature.
On se réfère maintenant aux Figures 2 et 3, qui illustrent un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention dans lequel l'évaporateur est intégré à la cuve de stockage. Referring now to Figures 2 and 3, which illustrate an embodiment of a device according to the invention in which the evaporator is integrated in the storage tank.
Ce dispositif comporte des composants similaires à ceux décrits cidessus. I1 se compose, en effet, d'un compresseur 26, d'un condenseur 28, d'un détendeur 30, d'un échangeur-évaporateur 32, placé à la partie inférieure de la cuve de stockage 36, qui est munie d'une grille supérieure 38 pour retenir dans la cuve les cristaux de glace ou d'eutectique détachés de la surface de l'évaporateur 32 par un générateur d'ultra-sons 34, et d'un réseau de distribution muni de deux pompes 42, 44. On prévoit une plaque perforée 40 assurant la répartition du caloporteur sur toute la surface de l'évaporateur. This device includes components similar to those described above. I1 consists, in fact, of a compressor 26, a condenser 28, a pressure reducer 30, an exchanger-evaporator 32, placed at the lower part of the storage tank 36, which is provided with an upper grid 38 for retaining in the tank the ice or eutectic crystals detached from the surface of the evaporator 32 by an ultrasonic generator 34, and a distribution network provided with two pumps 42, 44 A perforated plate 40 is provided ensuring the distribution of the coolant over the entire surface of the evaporator.
Dans cet exemple de réalisation non limitatif, l'échangeur-évaporateur 32 est du type à tubes à ailettes, les ailettes pouvant etre verticales (Figure 2) ou inclinées. Sur la vue partielle de la Figure 3, on a représenté un échangeurévaporateur 32 comportant des tubes à ailettes inclinés 46. Cette variante présente un double avantage - elle permet d'accroitre la turbulence du caloporteur en provenance de la
plaque de répartition 40, et, par conséquent, d'accroftre le coëfficient
d'échange convectif du secondaire ; sur la Figure 3, on a schématisé par
les flèches fl la turbulence du caloporteur - elle permet d'augmenter le rendement ultrasonique de la sonotrode 34,
en faisant écran, grâce à la présence des ailettes inclinées, à l'onde ultra
sonique transmise au caloporteur par la plaque de répartition 40. L'onde
ultrasonique est alors réfléchie dans la zone intéressée (Figure 3, flèches
f)
2
La cuve 36 est calorifugée, et elle comporte, à sa partie inférieure : une chambre de répartition 31, qui reçoit le caloporteur en retour du circuit d'utilisation, ce caloporteur étant pulsé par la pompe 44.La partie supérieure de la chambre de répartition 31 est fermée par une plaque de tôle perforée 40, ayant un triple rôle: a) assurer une équi-répartition du débit du caloporteur passant de la chambre
31 dans la cuve 36, les trous ou fentes ménagés dans cette tôle 40 per
mettant d'équi-répartir le caloporteur sur toute la surface de l'échangeur
évaporateur 32, par conversion de la pression statique de la chambre 31
en pression dynamique, lors du passage du caloporteur au travers des per
forations de la plaque b) améliorer le coëfficient d'échange convectif de l'échangeur-évaporateur 32.In this nonlimiting exemplary embodiment, the exchanger-evaporator 32 is of the fin tube type, the fins being able to be vertical (FIG. 2) or inclined. In the partial view of FIG. 3, there is shown an evaporator exchanger 32 comprising tubes with inclined fins 46. This variant has a double advantage - it makes it possible to increase the turbulence of the coolant coming from the
distribution plate 40, and therefore increase the coefficient
secondary convective exchange; in Figure 3, we have schematized by
the arrows fl the turbulence of the coolant - it makes it possible to increase the ultrasonic efficiency of the sonotrode 34,
by making screen, thanks to the presence of the inclined fins, to the ultra wave
sonic transmitted to the coolant by the distribution plate 40. The wave
ultrasonic is then reflected in the area concerned (Figure 3, arrows
f)
2
The tank 36 is insulated, and it comprises, at its lower part: a distribution chamber 31, which receives the coolant in return from the use circuit, this coolant being pulsed by the pump 44. The upper part of the distribution chamber 31 is closed by a perforated sheet plate 40, having a triple role: a) ensuring an equal distribution of the flow of the coolant passing from the chamber
31 in the tank 36, the holes or slots made in this sheet 40 per
equi-distribute the coolant over the entire surface of the exchanger
evaporator 32, by conversion of the static pressure of the chamber 31
under dynamic pressure, when the coolant passes through the per
plate holes b) improve the convective exchange coefficient of the exchanger-evaporator 32.
Le flux du caloporteur pulsé au travers des perforations de la plaque crée
par induction une vitesse relative importante du caloporteur amené
au contact de l'échangeur-évaporateur c) assurer une équi-répartition de la puissance ultrasonique. Le ou les géné
rateurs d'ultrasons (sonotrode 34) sont fixés sur la tale de répartition
(Fig. 3), et la distance entre chaque générateur est déterminée de façon à
favoriser la vibration propre de la tale et à donner un rayonnement homo
gène dans le caloporteur.The flow of the coolant pulsed through the perforations of the plate creates
by induction a significant relative speed of the coolant supplied
in contact with the exchanger-evaporator c) ensure equal distribution of the ultrasonic power. The gen (s)
ultrasonic sensors (sonotrode 34) are fixed on the distribution plate
(Fig. 3), and the distance between each generator is determined so that
to favor the own vibration of the tale and to give a homo radiation
gene in the coolant.
L'échangeur-évaporateur 32 est placé au-dessus de la chambre de répartition 31, cet échangeur étant du type à tubes à ailettes, comme décrit ci-dessus. The exchanger-evaporator 32 is placed above the distribution chamber 31, this exchanger being of the fin tube type, as described above.
La cuve de stockage 36 comporte une crépine 38 dont les mailles ont des dimensions inférieures au diamètre des cristaux provenant de l'évaporateur 32. The storage tank 36 comprises a strainer 38 whose meshes have dimensions smaller than the diameter of the crystals coming from the evaporator 32.
La cuve peut être éventuellement munie d'un cordon réchauffeur, destiné à permettre une libre circulation du caloporteur.The tank can optionally be provided with a heating cord, intended to allow free circulation of the coolant.
Le réseau de distribution comporte, ainsi qu'on l'a vu ci-dessus, deux pompes 42 et 44, dont les débits sont identiques. La pompe 42 assure l'alimentation des échangeurs terminaux 43, et la pompe 44 alimente en caloporteur à débit constant l'échangeur-évaporateur 32. Le réseau comporte en outre une vanne trois voies mélangeuse 41, soumise à un régulateur de température placé sur le départ du réseau, cette vanne 41 permettant de maintenir une température constante du réseau de distribution, par mélange du caloporteur en provenance de l'échangeur-évaporateur et de la cuve de stockage 36 avec le caloporteur de retour pulsé par la pompe 44. The distribution network comprises, as we have seen above, two pumps 42 and 44, the flow rates of which are identical. The pump 42 supplies the terminal exchangers 43, and the pump 44 supplies the exchanger-evaporator 32 with a constant-flow coolant. The network also includes a three-way mixing valve 41, subjected to a temperature regulator placed on the leaving the network, this valve 41 making it possible to maintain a constant temperature of the distribution network, by mixing the coolant coming from the exchanger-evaporator and the storage tank 36 with the return coolant pulsed by the pump 44.
Dans le second exemple de réalisation de l'invention, illustré par les Figures 4 et 5, l'échangeur-évaporateur 46 est séparé de la cuve de stockage, comme dans le cas illustré par la Figure 1. Le primaire est du type à plaques 48, mais peut être du type à tubes (voir l'exemple de réalisation représenté aux
Figures 10 et 11), à l'intérieur desquels circule le fluide frigorifique à évaporer, et le secondaire est constitué par la virole de l'échangeur, qui délimite une enceinte dans laquelle circule le caloporteur à refroidir ou à cristalliser. La vitesse de circulation du caloporteur secondaire est, dans tous les cas, suffisante pour entraîner les cristaux de glace ou d'eutectique vers la sortie du secondaire de l'échangeur, celle-ci étant prévue sur la partie supérieure de la virole de I'échangeur, afin d'éviter toute accumulation intempestive des cristaux.Les générateurs d'ultrasons 50 sont placés sur la virole de l'échangeur-évaporateur 46; celle-ci est donc soumise aux flux ultrasonique équi-réparti dans toute l'enceinte délimitée par la virole. Bien entendu, on isole du flux ultrasonique tous les composants et équipements accessoires -de l'installation.In the second embodiment of the invention, illustrated by Figures 4 and 5, the exchanger-evaporator 46 is separated from the storage tank, as in the case illustrated by Figure 1. The primary is of the plate type 48, but can be of the tube type (see the embodiment shown in
Figures 10 and 11), inside which the refrigerant circulates to evaporate, and the secondary is constituted by the shell of the exchanger, which delimits an enclosure in which circulates the coolant to cool or crystallize. The circulation speed of the secondary coolant is, in all cases, sufficient to drive the ice or eutectic crystals towards the secondary outlet of the exchanger, this being provided on the upper part of the shell of I ' exchanger, in order to avoid any untimely accumulation of crystals. The ultrasound generators 50 are placed on the shell of the exchanger-evaporator 46; it is therefore subjected to ultrasonic flux equi-distributed throughout the enclosure delimited by the shell. Of course, all the accessory components and equipment from the installation are isolated from the ultrasonic flow.
La variante illustrée par la Figure 6 est encore du type à évaporateuréchangeur 52 extérieur à la cuve de stockage. Sur cette Figure 6, on retrouve les générateurs d'ultrasons 54 placés sur la virole de ltéchangeur-évaporateur, de manière à soumettre celle-ci au flux ultrasonique, et les plaques 58 de ltéchangeur- évaporateur dans lesquelles circule le fluide frigorigène à évaporer. L'enceinte délimitée par la virole de l'échangeur 52 est munie d'un certain nombre de cloisons 56. Le caloporteur secondaire pénètre par l'orifice d'admission 60, et il en ressort par un orifice d'évacuation 62, auquel on donne une forme appropriée pour éviter toute accumulation de cristaux. The variant illustrated in FIG. 6 is also of the evaporator-exchanger type 52 outside the storage tank. In this Figure 6, we find the ultrasonic generators 54 placed on the shell of the exchanger-evaporator, so as to subject it to the ultrasonic flow, and the plates 58 of the exchanger-evaporator in which the refrigerant circulates to evaporate. The enclosure delimited by the shell of the exchanger 52 is provided with a certain number of partitions 56. The secondary coolant enters through the inlet orifice 60, and emerges therefrom through an outlet orifice 62, to which one gives an appropriate shape to avoid any accumulation of crystals.
La variante illustrée par la Figure 7 est encore du type évaporateuréchangeur 52 extérieur à la cuve de stockage. Sur cette Figure, on retrouve les sonotrodes 54' et les plaques de répartition 64 en contact direct avec le caloporteur qui circule entre les plaques 58, à l'intérieur desquelles circule le fluide frigorifique à évaporer. The variant illustrated in FIG. 7 is also of the evaporator-exchanger type 52 outside the storage tank. In this Figure, we find the sonotrodes 54 'and the distribution plates 64 in direct contact with the coolant which circulates between the plates 58, inside which circulates the refrigerant to be evaporated.
La variante illustrée par les Figures 10 et 11 diffère de celle décrite ci dessus par le fait que l'échangeur est du type à tubes 58' à détente sèche. The variant illustrated in FIGS. 10 and 11 differs from that described above in that the exchanger is of the tube type 58 'with dry expansion.
Parmi les avantages apportés par cette invention, on peut citer notam ment 1 - la possibilité d'obtenir toutes les combinaisons de fonctionnement désirées
utilisation directe de la puissance frigorifique installée ; utilisation de la
puissance frigorifique installée pour assurer simultanément des besoins in
férieurs à cette puissance et la charge du stockage ; utilisation de la puis
sance frigorifique par la seule charge du stockage, et utilisation de la seule
énergie frigorifique accumulée dans l'enceinte de stockage du dispositif, le
générateur de froid étant à l'arrêt 2 - le fluide caloporteur-calostockeur, étant contenu dans un circuit fermé
étanche, peut être maintenu à la pression de service du réseau 3 - obtention d'une très importante surface d'échange, grâce à la structure ma
croscopique des cristaux de glace ou d'eutectique, ce qui permet d'obtenir
une très grande puissance d'échange au dé stockage, et donc un caloporteur
dont la température est voisine de la température de fusion du calostockeur 4 - possibilité d'exploiter la diminution de la température d'évaporation, lorsque
la puissance demandée (secondaire) devient inférieure à la puissance pri
maire, pour porter la température du secondaire de l'échangeur-évaporateur
à une température inférieure à la température de cristallisation du calopor
teur, afin de cristalliser ce dernier.Among the advantages provided by this invention, there may be mentioned in particular 1 - the possibility of obtaining all the desired operating combinations
direct use of the installed cooling capacity; use of
installed cooling capacity to simultaneously meet specific needs
below this power and storage load; use of then
refrigeration by the sole charge of storage, and use of the sole
refrigeration energy accumulated in the device's storage enclosure, the
cold generator being stopped 2 - the heat-transfer fluid, being contained in a closed circuit
waterproof, can be maintained at the operating pressure of the network 3 - obtaining a very large exchange surface, thanks to the structure ma
croscopic ice crystals or eutectic, which allows to obtain
very high exchange power during storage, and therefore a coolant
whose temperature is close to the melting temperature of the heat sink 4 - possibility of exploiting the decrease in the evaporation temperature, when
the requested power (secondary) becomes less than the pri power
mayor, to raise the secondary temperature of the exchanger-evaporator
at a temperature below the calopor crystallization temperature
tor, in order to crystallize the latter.
I1 demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en englobe toutes les variante s. It remains to be understood that this invention is not limited to the various embodiments described and shown, but that it encompasses all of its variants.
Claims (10)
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