DISPOSITIF DE SEPARATION ET ASPIRATION DES COULISDEVICE FOR SEPARATING AND SUCTION OF GROUT
DE GLACE STABILISEESTABILIZED ICE
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente invention se rapporte aux dispositifs de conditionnement d'air, par exemple de locaux d'habitation ou de locaux du secteur tertiaire ou plus généralement d'un volume d'air défini à climatiser.
Il existe plusieurs techniques qui permettent de remplir ces fonctions de climatisation ou de rafraîchissement. Il s'agit .
des climatiseurs basés sur le principe de compression mécanique de vapeur, des systèmes à absorption (ammoniac-eau ou eau-bromure de Lithium), des systèmes de distribution de froid à partir d'un fluide frigoporteur. Dans les réseaux de distribution de froid, la technologie la plus courante utilise de l'eau glacée, à des températures comprises entre 7 et 12[deg]C, des frigoporteurs diphasiques, qui commencent à apparaître sur le marché; ils sont tous à base de solutions aqueuses, souvent alcooliques, ce qui rend leur utilisation possible à des températures inférieures à 0[deg]C.TECHNICAL FIELD AND PRIOR ART
The present invention relates to air conditioning devices, for example of living quarters or premises of the tertiary sector or more generally of a defined air volume to be air-conditioned.
There are several techniques that can fulfill these functions of air conditioning or cooling. It's about .
air conditioners based on the principle of mechanical vapor compression, absorption systems (ammonia-water or water-lithium bromide), cold distribution systems from a refrigerant fluid. In the cold distribution networks, the most common technology uses chilled water, at temperatures between 7 and 12 [deg] C, two-phase refrigerants, which are starting to appear on the market; they are all based on aqueous solutions, often alcoholic, which makes their use possible at temperatures below 0 [deg] C.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention concerne d'abord un système de climatisation à circulation de fluide contenant des particules à changement de phase, comprenant des moyens de refroidissement et un échangeur, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de séparation des particules du fluide.
Selon l'invention, on utilise un fluide frigoporteur, comportant un fluide et des particules, ces dernières contenant elles mêmes un matériau à changement de phase liquide-solide. Ces particules sont véhiculées par un liquide porteur à bonne capacité thermique, mais ne sont pas miscibles avec ce fluide porteur, qu'elles soient à l'état solide ou liquide.
La proportion massique de particules dans le fluide porteur peut-être variable; elle est adaptée aux capacités de pompage de l'installation.
L'utilisation de ce fluide se fait dans une boucle fermée qui permet le transport des calories d'un volume chaud vers un volume froid. Le volume chaud est le volume d'air à refroidir ou le volume des pièces d'habitation ou de bureaux à climatiser.
Il peut en outre comporter des moyens pour réinjecter au moins une partie du fluide refroidi dans le dispositif de séparation.
Les particules peuvent être refroidies dans le dispositif de séparation à l'aide de ladite partie de fluide refroidi réinjectée dans ce dispositif.
Un dispositif de séparation selon l'invention peut en outre comporter des moyens pour accroître la surface de contact entre le fluide refroidi réinjectée et les particules, par exemple des moyens de type chicane ou des moyens de brassage.
Des moyens peuvent être prévus pour aspirer les particules en sortie du dispositif de séparation, par exemple des moyens de type venturi. Ces moyens peuvent être alimentés par une partie au moins du fluide refroidi.
L'invention concerne également un procédé de climatisation dans lequel on fait circuler un fluide contenant des particules à changement de phase, comportant une étape de séparation des particules et du fluide, avant injection du fluide dans des moyens de refroidissement.
La séparation des particules et du fluide peut se faire par filtration ou décantation par gravité ou centrifugation. Une partie du fluide refroidi peut être utilisée pour refroidir les particules séparées du fluide. Une autre partie du fluide refroidi peut être utilisée pour aspirer les particules séparées du fluide.
Selon l'invention, on utilise de préférence un fluide frigoporteur diphasique particulier, comportant un coulis de glace stabilisée.
Ce coulis comporte donc un matériau à changement de phase par exemple dans un gel ultra poreux.
Les particules, qui ne sont pas nécessairement parfaitement sphériques, peuvent avoir une dimension maximale ou un diamètre compris entre environ 0,8 mm et 2,0 mm.
Un tel coulis possède de bonnes propriétés thermiques pour remplacer les réseaux d'eau glacée.
Outre le fait d'avoir une meilleure uniformité de la température et des débits plus faibles, ce fluide permet d'intégrer une fonction de stockage thermique permettant d'optimiser la taille des systèmes, de maximiser leur rendement et d'adapter les périodes de consommation énergétique.
Le volume froid va être décrit ci-dessous.STATEMENT OF THE INVENTION
The invention relates first of all to a fluid circulation air conditioning system containing phase change particles, comprising cooling means and an exchanger, characterized in that it comprises a device for separating the particles from the fluid.
According to the invention, a refrigerant fluid is used, comprising a fluid and particles, the latter themselves containing a liquid-solid phase change material. These particles are carried by a carrier liquid with good heat capacity, but are not miscible with the carrier fluid, whether in solid or liquid state.
The mass proportion of particles in the carrier fluid may be variable; it is adapted to the pumping capacities of the installation.
The use of this fluid is in a closed loop that allows the transport of calories from a hot volume to a cold volume. The hot volume is the volume of air to be cooled or the volume of the rooms or offices to be air conditioned.
It may further comprise means for reinjecting at least a portion of the cooled fluid into the separation device.
The particles can be cooled in the separation device using said portion of cooled fluid reinjected into this device.
A separation device according to the invention may further comprise means for increasing the contact area between the cooled fluid reinjected and the particles, for example baffle type means or stirring means.
Means may be provided to suck up the particles at the outlet of the separation device, for example venturi-type means. These means may be powered by at least a portion of the cooled fluid.
The invention also relates to an air conditioning method in which a fluid containing phase-change particles is circulated, comprising a step of separating the particles and the fluid, before injecting the fluid into cooling means.
Particle and fluid separation can be by filtration or settling by gravity or centrifugation. Part of the cooled fluid can be used to cool the separated particles of the fluid. Another portion of the cooled fluid may be used to aspirate the separated particles of the fluid.
According to the invention, a particular two-phase refrigerant fluid having a stabilized ice slurry is preferably used.
This grout therefore comprises a phase-change material for example in an ultra-porous gel.
The particles, which are not necessarily perfectly spherical, may have a maximum dimension or a diameter of between about 0.8 mm and 2.0 mm.
Such a grout has good thermal properties to replace chilled water networks.
In addition to having better temperature uniformity and lower flow rates, this fluid enables the integration of a thermal storage function that optimizes the size of the systems, maximizes their efficiency and adapts consumption periods. energy.
The cold volume will be described below.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 représente un dispositif selon l'invention, les figures 2A et 2B représentent des systèmes de chicane pouvant être utilisés dans un dispositif selon l'invention, - la figure 3 est un schéma d'aspiration par un système venturi.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 represents a device according to the invention, FIGS. 2A and 2B show baffle systems that can be used in a device according to the invention; FIG. 3 is a suction diagram by a venturi system.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Selon l'invention, on utilise un fluide 1 frigoporteur, comportant un fluide et des particules, ces dernières contenant elles mêmes un matériau à changement de phase liquide-solide. Ce fluide est dans un circuit fermé et étanche, dans lequel il circule en permanence. Des moyens 100 forment un convecteur ou un échangeur qui se trouve dans la pièce à climatiser : c'est ici que les particules changent de phase pour faire du froid.
Comme illustré sur la figure 1, un dispositif selon l'invention comporte une cuve 2 qui permet de séparer les particules 5 du fluide porteur 3.
Ces particules vont être refroidies dans cette même cuve et vont ensuite être aspirées à nouveau.
Les moyens de séparation fluide particules sont donc associés à des moyens de circulation de fluide et des moyens d'aspiration des particules.
La séparation de particules transportées par un liquide peut se faire par des méthodes connues telles que la filtration (séparation par un milieu poreux du genre tamis ou grille suffisamment fine), ou la décantation (séparation par gravité ; par exemple, cuve à décantation) ou la centrifugation (séparation sous l'action d'une force centrifuge).
Selon l'invention, on utilise préférentiellement la décantation par gravité. A leur entrée 4 dans la cuve, les particules 5 se séparent du fluide porteur 3 par simple gravité et montent lentement à l'intérieur de la cuve 2, du fait de leur masse volumique plus faible que celle du fluide porteur.
On peut ainsi obtenir une clarification complète, c'est-à-dire l'obtention d'un liquide complètement débarrassé de particules solides. De cette façon, seul le fluide porteur 3 est aspiré en partie basse de la cuve par une pompe 6, pour être ensuite refroidi en passant dans un groupe froid 8.DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
According to the invention, a refrigerant fluid 1 is used, comprising a fluid and particles, the latter themselves containing a liquid-solid phase change material. This fluid is in a sealed and sealed circuit, in which it circulates continuously. Means 100 form a convector or exchanger which is in the room to be air-conditioned: it is here that the particles change phase to make cold.
As illustrated in FIG. 1, a device according to the invention comprises a vessel 2 which makes it possible to separate the particles 5 from the carrier fluid 3.
These particles will be cooled in the same tank and will then be sucked up again.
The fluid particles separation means are therefore associated with fluid circulation means and particles suction means.
The separation of particles carried by a liquid can be done by known methods such as filtration (separation by a porous medium of the sieve type or sufficiently fine grid), or decantation (separation by gravity, for example, settling tank) or centrifugation (separation under the action of a centrifugal force).
According to the invention, gravity settling is preferably used. At their inlet 4 in the tank, the particles 5 separate from the carrier fluid 3 by simple gravity and slowly rise inside the tank 2, because of their lower density than that of the carrier fluid.
It is thus possible to obtain complete clarification, that is to say to obtain a liquid completely free of solid particles. In this way, only the carrier fluid 3 is sucked into the lower part of the tank by a pump 6, and then cooled by passing through a cold unit 8.
En sortant de ce groupe froid 8 :
- une partie 10 du fluide 9 refroidi est alors réinjectée dans la cuve 2, afin de maintenir constamment celle-ci à une température inférieure au point de solidification du matériau constituant les particules 5 ; - l'autre partie 14 du fluide 9 refroidi est destinée à l'aspiration 11 de particules ; Des moyens 15, par exemple un système de vannes 16, 17, permettent de régler les proportions de fluide 10, 14.
Les particules profitent de leur trajet ascendant 5 pour se refroidir au contact du fluide porteur 10 refroidi puis réinjecté dans la cuve 2. Il y a alors échange à contact direct entre les particules et le liquide porteur 10. Le liquide porteur cède ses frigories aux particules, dont la température s'abaisse et qui se congèlent en passant de l'état liquide à l'état solide.
Comme illustré en figures 2A et 2B, des systèmes de chicanes 26, 28, 30, peuvent être disposées à l'intérieur de la cuve 2, pour permettre d'augmenter le temps de séjour des particules 5 en contact du fluide refroidi 10, entre leur arrivée dans la cuve 2 et leur aspiration en partie supérieure 11. Ce temps de séjour est adapté pour permettre une congélation totale.
Sur la figure 2A, les éléments repérés par les références 28 peuvent aussi être des parties mobiles tournant lentement, afin de réaliser un brassage permettant, lui aussi, d'augmenter le temps de séjour des particules 5 en contact du fluide refroidi.
L'aspiration des particules se fait en partie supérieure 11 du dispositif par des moyens 20 d'aspiration, par exemple un système de venturi (par exemple tel que représenté sur la figure 3), alimenté par une partie 14 du fluide porteur, après son refroidissement dans le groupe froid 8.
Les moyens 20 comportent par exemple une buse 30 d'injection du fluide porteur 14 et une chambre 32 de succion des particules 5.
En sortie des moyens 20, l'ensemble 21 constitué du fluide et des particules froids sont injectés dans les moyens 100 de convecteur ou d'échangeur. Le fluide et les particules 1 ressortent de ces moyens 100 à température plus élevée que leur température d'entrée dans ces mêmes moyens.
L'utilisation de l'invention présente l'avantage de ne pas faire passer les particules dans des pièces en mouvement (comme des parties tournantes de pompes), évitant donc toute dégradation du produit mais aussi dans les moyens de refroidissement où elles pourraient se déposer et bloquer la circulation du fluide.
Selon l'invention, la congélation et le refroidissement des particules, qui constituent le coulis, se font par le contact direct entre le flux 5 de particules et la circulation 10 d'eau. La différence de densité entre ces deux corps favorise un mouvement ascendant des particules 5 à l'intérieur de la cuve, alors que l'eau est pompée en partie inférieure.
Selon la présente invention on met en u̇vre un seul appareil qui intègre les fonctions d'échangeur et de stockeur de frigories. Ce dispositif additionne les possibilités de stockage de froid des particules, à la fois par chaleur sensible et par chaleur latente.
L'invention peut s'adapter à différentes natures de particules, par exemple des particules encapsulées (afin de maintenir le matériau à changement de phase sous forme de granulés) ou insérés dans des matrices poreuses (gel ou structure solide).
Un coulis pouvant être utilisé dans le cadre de l'invention est connu du document FR 2 830 077.
Le dispositif décrit ci-dessus en liaison avec la figure peut être utilisé avec un échangeur 100 situé en aval.Leaving this cold group 8:
a part 10 of the cooled fluid 9 is then re-injected into the tank 2, in order to constantly keep the latter at a temperature below the solidification point of the material constituting the particles 5; the other part 14 of the cooled fluid 9 is intended for the suction 11 of particles; Means 15, for example a system of valves 16, 17, make it possible to adjust the proportions of fluid 10, 14.
The particles take advantage of their upward path 5 to cool in contact with the cooled carrier fluid 10 and reinjected into the tank 2. There is then direct contact exchange between the particles and the carrier liquid 10. The carrier liquid gives up its frigories to the particles , whose temperature is lowered and which freeze when passing from the liquid state to the solid state.
As illustrated in FIGS. 2A and 2B, baffle systems 26, 28, 30 may be disposed inside the vessel 2, to enable the residence time of the particles 5 in contact with the cooled fluid 10 to be increased between their arrival in the tank 2 and their suction in the upper part 11. This residence time is adapted to allow complete freezing.
In FIG. 2A, the elements marked by the references 28 can also be slowly rotating moving parts, in order to effect a stirring which also makes it possible to increase the residence time of the particles 5 in contact with the cooled fluid.
The aspiration of the particles is done in the upper part 11 of the device by suction means 20, for example a venturi system (for example as shown in Figure 3), fed by a portion 14 of the carrier fluid, after its cooling in the cold unit 8.
The means 20 comprise for example a nozzle 30 for injecting the carrier fluid 14 and a chamber 32 for sucking the particles 5.
At the outlet of the means 20, the assembly 21 consisting of fluid and cold particles are injected into the means 100 of convector or exchanger. The fluid and the particles 1 emerge from these means 100 at a temperature higher than their inlet temperature in these same means.
The use of the invention has the advantage of not passing the particles in moving parts (such as rotating parts of pumps), thus avoiding any degradation of the product but also in the cooling means where they could be deposited. and block the flow of fluid.
According to the invention, the freezing and cooling of the particles, which constitute the slurry, are done by the direct contact between the flow of particles and the circulation of water. The difference in density between these two bodies promotes an upward movement of the particles 5 inside the tank, while the water is pumped in the lower part.
According to the present invention is implemented a single device that integrates the functions of exchanger and storage of frigories. This device adds the possibilities of cold storage of the particles, both by sensible heat and by latent heat.
The invention can be adapted to different kinds of particles, for example encapsulated particles (in order to maintain the phase-change material in the form of granules) or inserted into porous matrices (gel or solid structure).
A grout that can be used in the context of the invention is known from document FR 2 830 077.
The device described above in connection with the figure can be used with a heat exchanger 100 located downstream.
REVENDICATIONS
1. Système de climatisation à circulation de fluide contenant des particules à changement de phase, comportant des moyens (8) de refroidissement du fluide et un échangeur (100), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (2) de séparation des particules (5) du fluide (3), disposé avant l'échangeur. 1. A fluid circulation air conditioning system containing phase change particles, comprising means (8) for cooling the fluid and an exchanger (100), characterized in that it comprises a device (2) for separating the particles. (5) fluid (3) disposed before the exchanger.