FR2960630A1

FR2960630A1 - Method for generating ice crystals produced in mixer system from two sources of initial two-phase liquid/solid secondary refrigerant, involves adjusting flow of pump according to temperature predetermined from sensor and automatic part

Info

Publication number: FR2960630A1
Application number: FR1002171A
Authority: FR
Inventors: Michel Barth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-12-02
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: FR2960630B1

Abstract

The method involves separating ice crystals from a liquid part through a first circuit (C1) directed toward an inlet of an ice crystal generator (Ge) and from a part loaded with the ice crystals through a second circuit (C5) directed toward a stock volume (St). The first circuit is formed of a temperature sensor (S1), a pump (P1) and the generator, and the second circuit is formed of a flowmeter (dm3) and another temperature sensor (S4). Flow of another pump (P2) in a third circuit (C3) is adjusted according to temperature predetermined from the former sensor and an automatic part.

Description

L'invention concerne le domaine de la production et de la distribution du froid au moyen d'un fluide frigoporteur diphasique liquide + solide. Le fluide frigoporteur diphasique liquide + solide est constitué d'un mélange de deux liquides, généralement un mélange d'eau, et d'un autre liquide miscible avec l'eau, soit de l'éthanol, du méthanol, de l'ammoniac, du chlorure de calcium ou autre. Ce mélange est refroidi jusqu'à la température de cristallisation de l'eau. Les cristaux alors formés sont entraînés par le frigoporteur en phase liquide. Ce mélange de cristaux et de phase liquide est défini par le terme frigoporteur diphasique ou « coulis de glace » Le coulis de glace présente, par rapport aux fluides frigoporteurs monophasiques, des avantages non négligeables. En changeant partiellement d'état, ces frigoporteurs diphasiques liquide + solide mettent en oeuvre une chaleur latente de transformation (solide en liquide) et permettent un transport de froid par unité de volume beaucoup plus grand ce qui a pour avantage de réduire les débits volumiques en circulation. Ceci permet de diminuer notablement le débit des pompes et le diamètre des tuyauteries de distribution. Les coulis de glace sont formés dans des générateurs qui ont pour objet de générer des cristaux de glace qui sont entraînés par la phase liquide du fluide frigoporteur. Ces générateurs comportent des parois d'échange thermique balayées sur une face par le fluide frigoporteur et sur l'autre face par un fluide frigorigène. Ces parois d'échange thermique peuvent se présenter sous la forme d'un faisceau de tubes plats ou cylindriques faisant partie d'un premier circuit de fluide, ce faisceau étant disposé dans une chambre faisant partie d'un deuxième circuit de fluide. Le fluide frigoporteur s'écoule dans l'un des circuits, tandis que le fluide frigorigène s'écoule dans l'autre circuit. The invention relates to the field of production and distribution of cold by means of a two-phase liquid + solid refrigerant fluid. The two-phase liquid + solid refrigerant fluid consists of a mixture of two liquids, generally a mixture of water, and another liquid miscible with water, namely ethanol, methanol, ammonia, calcium chloride or other. This mixture is cooled to the crystallization temperature of the water. The crystals then formed are entrained by the coolant in the liquid phase. This mixture of crystals and liquid phase is defined by the term "two-phase coolant" or "ice slurry". The ice slurry has significant advantages over monophasic refrigerants. By partially changing state, these liquid-solid two-phase refrigerants use a latent heat of transformation (solid in liquid) and allow a much larger transport of cold per unit of volume, which has the advantage of reducing the volume flow rates by circulation. This significantly reduces the flow of the pumps and the diameter of the distribution pipes. Ice slurries are formed in generators that are designed to generate ice crystals that are driven by the liquid phase of the coolant fluid. These generators comprise heat exchange walls swept on one side by the coolant fluid and on the other side by a refrigerant. These heat exchange walls may be in the form of a bundle of flat or cylindrical tubes forming part of a first fluid circuit, this bundle being disposed in a chamber forming part of a second fluid circuit. The refrigerant fluid flows into one of the circuits, while the refrigerant flows into the other circuit.

Les cristaux de glace se forment sur la face des parois du générateur balayé par le fluide frigoporteur et ont tendance à rester collés sur ces parois. Les conséquences directes sont une augmentation des pertes de charge, une baisse des échanges thermiques ; le but du générateur étant de fabriquer des cristaux il est donc nécessaire de prévoir des moyens pour détacher les cristaux formés sur les parois En général, on utilise des moyens mécaniques pour arracher la couche de glace formée sur les parois de l'échangeur. À cet effet, des lames ou des brosses raclent la couche ainsi formée et la glace est entraînée dans le circuit de distribution. Cette disposition oblige à utiliser des surfaces d'échange sous forme de cylindres à double paroi, le système racloir agissant à l'intérieur du cylindre (circuit fermé) soit à l'extérieur du cylindre (circuit ouvert). Ces générateurs de coulis, dits «à surface raclée » sont limités en dimension, donc en puissance avec des systèmes mécaniques de racloirs relativement fragiles. Ils sont coûteux et un accroissement de puissance exige une mise en parallèle de plusieurs générateurs, ce qui rend le procédé compliqué et volumineux. Dans d'autres générateurs de coulis de glace, dits à film tombant, on forme la glace sur une plaque verticale sur laquelle tombe un film d'eau ou de solution. La glace fournie en pied de plaque est ensuite broyée. Ici aussi, il faut des moyens mécaniques supplémentaires dans le générateur pour broyer les glaces obtenues. On peut également réaliser des coulis de glace par le procédé de surfusion. Ce procédé consiste à faire baisser la température du fluide frigoporteur en dessous de son point de congélation commençante, dans des conditions particulières, avant d'initier la cristallisation par des effets tels que les chocs thermiques ou mécaniques, ou par introduction d'agents nucléants. Mais cette technique est difficilement exploitable en pratique. On peut également réaliser du coulis de glace par le procédé par détachement des cristaux de glace d'un échangeur thermique générateur de frigoporteur diphasique liquide-solide, en faisant circuler par intermittence le fluide frigoporteur à une vitesse supérieure à la vitesse nominale afin de créer des turbulences qui entraînent le détachement des cristaux de glace formés, d'une part par arrachement et d'autre part simultanément par diminution ou arrêt de la production de froid sur les parois d'échanges. The ice crystals form on the face of the walls of the generator swept by the coolant fluid and tend to remain stuck on these walls. The direct consequences are an increase in pressure losses, a decrease in heat exchanges; the purpose of the generator being to manufacture crystals it is therefore necessary to provide means for detaching the crystals formed on the walls In general, mechanical means are used to tear the ice layer formed on the walls of the exchanger. For this purpose, blades or brushes scrape the layer thus formed and ice is entrained in the distribution circuit. This provision requires the use of exchange surfaces in the form of double wall cylinders, the scraper system acting inside the cylinder (closed circuit) is outside the cylinder (open circuit). These grout generators, called "scraped surface" are limited in size, so power with relatively fragile mechanical scraper systems. They are expensive and an increase in power requires paralleling several generators, which makes the process complicated and bulky. In other ice slurry generators, said falling film, the ice is formed on a vertical plate on which falls a film of water or solution. The ice provided at the bottom of the plate is then crushed. Here too, additional mechanical means are required in the generator to grind the resulting ice. Ice slurries can also be produced by the supercooling process. This process consists in lowering the temperature of the cold-carrying fluid below its starting freezing point, under particular conditions, before initiating the crystallization by effects such as thermal or mechanical shocks, or by introducing nucleating agents. But this technique is difficult to exploit in practice. Ice slurry can also be made by the ice crystal detachment process of a two-phase liquid-solid refrigerant generator heat exchanger by intermittently circulating the coolant fluid at a speed greater than the nominal speed to create turbulence which causes the detachment of the ice crystals formed on the one hand by tearing and on the other hand simultaneously by reducing or stopping the production of cold on the exchange walls.

L'Invention s'est donnée pour but de proposer un nouveau procédé pour produire des cristaux de glace qui sont générés à partir du mélange d'un frigoporteur diphasique initial et d'un circuit commun mais provenant de deux sources ayant des caractéristiques physiques différentes. L'invention est basée sur la différence entre les caractéristiques physiques du frigoporteur diphasique liquide-solide d'une part à la sortie du générateur (Ge) et de l'autre part à la sortie du stock (St) du fait des températures et donc de la concentration de chaque source. It is an object of the invention to provide a novel process for producing ice crystals which are generated from the mixture of an initial diphasic refrigerant and a common circuit but from two sources having different physical characteristics. The invention is based on the difference between the physical characteristics of the two-phase liquid-solid refrigerant on the one hand at the output of the generator (Ge) and on the other hand at the outlet of the stock (St) because of the temperatures and therefore the concentration of each source.

L'invention est également basée sur le débit de la pompe (P2) à la sortie du stock qui est régulé en fonction d'une température prédéterminée à partir d'une sonde SI et d'un automate et pilotée en fonction de la température de sortie du mélange provenant du générateur (Ge) et du stock (St). The invention is also based on the flow rate of the pump (P2) at the outlet of the stock which is regulated as a function of a predetermined temperature from a probe SI and a controller and driven as a function of the temperature of the output of the mixture from the generator (Ge) and the stock (St).

L'invention est complétée avantageusement par un système de séparateur /filtre qui concentre d'un coté les cristaux du coulis de glace et de l'autre coté du coulis de glace liquide. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description du schéma de l'installation. La nomenclature comprend les différents appareils de gauche à droite Une installation frigorifique (PF) Un générateur de coulis de glace (Ge) Le séparateur-filtre (F) Le mélangeur (M) Un volume de stock de coulis de glace (St) Le ou les échangeurs de froid Utilisateur (U) Le circuit des tuyauteries du procédé comprend un ensemble d'accessoires et de segments de tuyauteries du circuit qui suivent la boucle de la pompe P1 et la boucle de la pompe P2 qui se rejoignent sur le mélangeur (M) Boucle N°1 à gauche Circuit (Cl) Une sonde de température (SI) Une pompe (P1) du circuit du générateur de coulis de glace Le générateur de coulis de glace (Ge) Circuit (C2) Un débitmètre (dm-1 ) Une sonde de température (S2) Boucle N°2 à droite Un volume de stock de coulis de glace (St) Circuit (C3) Un débitmètre (dm2) Une pompe (P2) à débit variable du procédé Une sonde de température (S3) Les deux boucles se rejoignent sur le mélangeur (M) du procédé Circuit (C4) Le séparateur-filtre (F) Vers Circuit (Cl) et coulis de glace liquide Vers Circuit (C5) et du coulis de glace concentré de cristaux Un débitmètre (drn3) Une sonde de température (S4) vers le stock Circuit (C6) Une pompe (P3) du circuit d'Utilisation Une sonde de température (S5) Une sonde de température (S6) Un débitmètre (dm4) De ou des échangeurs de froid L'invention du procédé est figurée au centre du schéma et comprend le système de mélangeur (M) et le séparateur-filtre (F) ainsi que la pompe (P2) à débit variable du procédé. cet ensemble comprend un automate recevant les informations des sondes S1,S2,S3,S4,S5 et débitmètres dml,dm2,drn3,dm4 et commandant les pompes PI,P2,P3. La boucle de gauche comprend la pompe (P1) le coulis de glace liquide venant du séparateur-filtre (F) et allant vers le générateur de coulis de glace (Ge) à sa sortie nous retrouvons du coulis de glace avec des cristaux se dirigeant vers le mélangeur (M)- Du coté de la boucle droite nous recevons le coulis de glace du stock (St) par la pompe (P2) qui se dirige également vers le mélangeur (M). The invention is complemented advantageously by a separator / filter system which concentrates on one side the crystals of the ice slurry and on the other side of the liquid ice slurry. Other advantages and characteristics of the invention will become apparent on reading the description of the diagram of the installation. The nomenclature includes the different devices from left to right A refrigeration plant (PF) An ice slurry generator (Ge) The separator-filter (F) The mixer (M) A volume of ice slurry stock (St) The or User (U) heat exchangers The process piping system consists of a set of accessories and piping segments of the circuit that follow the loop of pump P1 and the loop of pump P2 that meet on the mixer (M ) Loop No.1 to the left Circuit (Cl) One temperature sensor (SI) One pump (P1) from the ice slurry generator circuit The ice slurry generator (Ge) Circuit (C2) One flow meter (dm-1 ) A temperature sensor (S2) Loop No.2 on the right A volume of ice slurry stock (St) Circuit (C3) A flow meter (dm2) A pump (P2) with a variable flow rate of the process A temperature sensor (S3 ) The two loops join on the mixer (M) of the process Circuit (C4) The sep filter-filter (F) to (Cl) circuit and liquid ice slurry to circuit (C5) and concentrated crystal ice slurry flow meter (drn3) temperature sensor (S4) to stock circuit (C6) pump (P3) of the circuit of Use A temperature sensor (S5) A temperature sensor (S6) A flow meter (dm4) From or cold exchangers The invention of the process is figured in the center of the diagram and includes the mixer system (M) and the filter separator (F) as well as the variable flow pump (P2) of the process. this set comprises an automaton receiving the information of the probes S1, S2, S3, S4, S5 and flow meters dml, dm2, drn3, dm4 and controlling the pumps PI, P2, P3. The left loop comprises the pump (P1) the liquid ice slurry from the filter separator (F) and going to the ice slurry generator (Ge) at its exit we find ice slurry with crystals heading towards the mixer (M) - On the side of the right loop we receive the ice slurry from the stock (St) by the pump (P2) which also goes to the mixer (M).

A la sortie du mélangeur (M) le procédé a généré un complément de cristaux de glace qui se dirige vers le séparateur-filtre (F). Le débit de la pompe (P1) se dirige vers le générateur de coulis de glace (Ge) avec du coulis de glace liquide et le débit de la pompe (P2) se dirige vers le stock (St) chargé de concentré de cristaux de coulis de glace. 30 At the outlet of the mixer (M) the process has generated a complement of ice crystals which goes to the filter separator (F). The flow rate of the pump (P1) is directed to the ice slurry generator (Ge) with liquid ice slurry and the flow rate of the pump (P2) goes to the stock (St) loaded with slurry crystal concentrate of ice. 30

Claims

REVENDICATIONS1. Process for generating ice crystals produced in a mixer system (M) from two sources of an initial liquid-solid two-phase refrigerant but of different temperatures and therefore of different concentrations, one at the output of a generator (Ge ) of ice slurry which is moved by the pump P1 in the circuit C2 the other at the outlet of the stock (St) of ice slurry which is displaced by the pump P2 in the circuit C3 characterized in that after the mixer (M) the separator-filter system (F) separates the ice slurry from the liquid part by the circuit C1 directed towards the inlet of the generator (Ge) and the part charged with ice crystals by the circuit C5 directed towards the volume of stock (St) and the flow rate of the pump P2 is regulated according to a predetermined temperature from a probe SI and a PLC.

2. Method according to claim 1 characterized in that the pump P2 moves a variable flow.

3. Method according to claims 1,2 characterized in that the regulation of this set comprises a controller and a set of temperature sensor apparatus SI, S2, S3, S4, S5 and flow meters dm1, dm2, dm3, dm4.20