WO2015028725A1 - Dispositif de génération de glace, mettant en œuvre un échangeur cylindrique à double paroi, dont une paroi interne bi-matériaux - Google Patents

Dispositif de génération de glace, mettant en œuvre un échangeur cylindrique à double paroi, dont une paroi interne bi-matériaux Download PDF

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    • F28F19/008—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using scrapers

Definitions

  • Ice generating device implementing a double wall cylindrical exchanger, including a bimaterial inner wall.
  • the field of the invention is that of the design and manufacture of heat exchangers, in particular those intended to produce ice. More specifically, the invention relates to a device for generating ice in the form of flakes, grains or bi-phasic, implementing a cylindrical exchanger (designated by the term "exchanger" in the following description) double wall defining a circulation space for a refrigerant or coolant.
  • a device for producing ice in the form of flakes comprises:
  • the exchanger consists of a double wall, namely an inner wall and an outer wall.
  • the two walls form between them an annular space on the height of the exchanger, inside which is circulated a refrigerant capable of sufficiently cool the inner wall so that the water is transformed into ice in contact with this wall.
  • the mechanical assembly is constituted by a milling cutter, mounted generally free to rotate on an axis carried by a frame rotatably mounted about a central axis, motor means being provided for rotating the frame continuously.
  • the cutter has a height corresponding substantially to that of the inner wall. It is mounted to come off the ice formed on this wall.
  • the inner wall has a smooth surface; -
  • the inner wall has a circular section of constant diameter over its entire height, thus providing it with a cylindrical shape.
  • the refrigerant or coolant used is critical in achieving the performance of the device.
  • the refrigerants used are halogenated or natural fluids (ammonia-NH3) which generate operating pressures of the order of 20 bars, or even natural fluids (carbon dioxide) which cause much higher pressures. order of 40 bars.
  • the devices, in particular the exchangers, are therefore designed to have a mechanical strength adapted to such pressure.
  • the inner wall is made of black steel and is coated, to ensure a clean and smooth surface, a chromium thickness (the side in contact with the ice).
  • the chromium black steel of the inner wall is not totally satisfactory as to its capacity to constitute a surface suitable for food contact, as defined by the standards in force. To achieve this ability to contact food, it has been proposed to build the inner wall of ice generators integrally stainless steel.
  • the invention particularly aims to overcome these disadvantages of the prior art.
  • the object of the invention is to propose an ice generator, of the type using an exchanger on the inner wall of which water is flowing which will freeze in contact with the inner wall, which has ability to contact food, this without causing a significant increase in energy consumption.
  • the invention also aims to provide such a device that meets the conventional requirements, especially in that it can be easily manufactured at low cost and in short time.
  • an ice-generating device in particular ice in the form of flakes, comprising:
  • a double wall exchanger having an inner wall and an outer wall between which a refrigerant circulates, the inner wall having a cylindrical shape and being on the one hand in contact with the refrigerant and on the other hand intended to carry the refrigerant; ice formation;
  • a mechanical assembly mounted inside the exchanger for detaching the ice formed on the second surface of the inner wall.
  • the device according to the invention is characterized in that the inner wall is made of two different materials including a first material forms a first food contactable surface for carrying the forming ice and a second material which forms a second surface in contact with the refrigerant.
  • the second material is black steel.
  • the first surface and the second surface are bonded together by a melting process.
  • a double-walled exchanger is obtained whose inner wall has an ability to contact food as defined by the normative texts in force, this with a heat exchange capacity of the inner wall with the fluid. refrigerant of the same order as that of non-food heat exchangers.
  • a generator according to the invention will hardly lead to an increase in energy consumption compared to generators whose inner wall of the exchanger is entirely black steel.
  • An exchanger with an inner wall according to the invention in addition to indisputable food, thus provides a huge technical advantage.
  • the production can be reduced by only 7 to 10%, but this reduction is accompanied by a significant decrease in cost by a less use of material suitable for food contact.
  • the first material of the inner wall of the exchanger is stainless steel.
  • the first surface and the second surface are in contact with one another over the entire height of the exchanger. This improves the heat exchange between the two surfaces of the inner wall.
  • FIG. 1 is a partial sectional view of an ice generating device of the type to which the invention applies;
  • FIG. 2 illustrates in section a double wall of a device according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 1 there is described a device for generating ice, in particular ice in the form of scales, of the type to which the invention applies.
  • an ice generating device comprises:
  • a double-walled exchanger 1 extending between an upper end 10 and a lower end 11;
  • the double wall of the exchanger comprises an outer wall 12 and an inner wall 13 between them a circulation space for a refrigerant.
  • the exchanger 1 is made so that its inner wall 13 has a cylindrical shape.
  • a conduit 140 constitutes a refrigerant inlet duct inside the circulation space 14 between the outer wall 12 and the inner wall 13.
  • a duct 141 constitutes a refrigerant outlet duct from the space 14 of circulation.
  • the refrigerant is introduced into the space 14 via the conduit 140 in the liquid phase.
  • the exchanger can be powered:
  • the mechanical assembly inside the exchanger comprises:
  • a helical cutter 2 mounted free to rotate on a vertical shaft;
  • the central shaft 22 of the mechanical assembly is mounted coaxially with the central axis of the inner wall 13.
  • the double wall of the exchanger is made such that the inner wall 13 is cylindrical in shape and has a smooth or substantially smooth surface.
  • the inner wall 13 is made of two distinct materials of which a first material forms a first surface suitable for food contact, intended to carry the ice in formation, and a second material which forms a second surface in contact. with the refrigerant.
  • the inner wall has: a first surface 130 suitable for food contact, constituted according to a preferred embodiment by a layer of stainless steel;
  • the first surface 130 and the second surface 131 are in contact with each other over the entire height of the exchanger and are bonded together, according to the principle of the invention, by a method of fusion.
  • Bonding by a melting process between the first surface 130 and the second surface 131 makes it possible to obtain a surface between the first surface 130 and the second surface 131 which has numerous asperities, which improves the heat exchange quality between the first surface 130 and the second surface 131.
  • the thicknesses of the surfaces 130 and 131 are determined to withstand the pressures exerted on the exchanger, due to the internal pressure generated by the refrigerant, and external related to the mechanical assembly, and more specifically to the action of the cutter on the inner wall.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de génération de glace, en particulier de glace sous forme d'écaillés, comprenant : - un échangeur (1 ) à double paroi présentant une paroi interne (13) et une paroi externe (12) entre lesquelles circule un fluide frigorigène, la paroi interne (13) ayant une forme cylindrique et étant d'une part en contact avec le fluide frigorigène et, d'autre part destinée à porter la glace en formation; - un ensemble mécanique (2), (20), (21 ), (22), (23) monté à l'intérieur de l'échangeur, destiné à décoller la glace formée sur la deuxième surface de la paroi interne, caractérisé en ce que la paroi interne est réalisée en deux matériaux distincts dont un premier matériau forme une première surface (130) apte au contact alimentaire, destinée à porter la glace en formation, et un deuxième matériau qui forme une deuxième surface (1 31 ) en contact avec le fluide frigorigène.

Description

Dispositif de génération de glace, mettant en œuvre un échangeur cylindrique à double paroi, dont une paroi interne bi- matériaux.
Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication des échangeurs de chaleur, en particulier ceux destinés à produire de la glace. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de génération de glace sous forme d'écaillés, de grains ou bi-phasique, mettant en œuvre un échangeur cylindrique (désigné par le terme « échangeur » dans la suite de la description) à double paroi délimitant un espace de circulation pour un fluide frigorigène ou caloporteur.
Selon une conception classique, un dispositif permettant de produire de la glace sous forme d'écaillés comprend :
- un échangeur sur la paroi interne duquel on fait s'écouler de l'eau qui va geler au contact de la paroi interne ; - un ensemble mécanique contenu à l'intérieur de l'échangeur, et destiné à décoller la glace formée sur la paroi interne.
Actuellement, l'échangeur est constitué d'une double paroi, à savoir une paroi interne et une paroi externe. Les deux parois ménagent entre elles un espace annulaire sur la hauteur de l'échangeur, à l'intérieur duquel on fait circuler un fluide frigorigène apte à refroidir suffisamment la paroi interne pour que l'eau se transforme en glace au contact de cette paroi.
L'ensemble mécanique est constitué par une fraise, montée généralement libre en rotation sur un axe porté par un bâti monté rotatif autour d'un axe central, des moyens moteurs étant prévus pour entraîner en rotation le bâti de façon continue. La fraise a une hauteur correspondant sensiblement à celle de la paroi interne. Elle est montée de façon à venir décoller la glace formée sur cette paroi.
Selon une telle conception, un parfait fonctionnement du dispositif est obtenu avec une paroi interne présentant la caractéristique suivante :
- la paroi interne présente une surface lisse ; - la paroi interne présente sur toute sa hauteur une section circulaire d'un diamètre constant, lui procurant par conséquent une forme cylindrique.
Avec une telle paroi interne, on obtient un effet optimal de la fraise contre la paroi interne.
Bien entendu, les échangeurs de ce type doivent en outre satisfaire un certain nombre d'exigences, et notamment :
- impliquer une faible charge en fluide frigorigène ou caloporteur ;
- être conforme au contact alimentaire ;
- être conforme aux textes réglementaires en vigueur, et notamment à la directive des équipements sous pression ;
- impliquer une pression de service compatible avec les fluides couramment utilisés dans l'industrie du froid ;
- présenter des performances élevées ;
- pouvoir être fabriqués aisément, à faible coût et dans des délais courts.
Bien entendu, le fluide frigorigène ou caloporteur utilisé est déterminant dans l'atteinte des performances du dispositif.
Traditionnellement, les fluides frigorigènes utilisés sont des fluides halogénés ou naturels (ammoniac-NH3) qui engendrent des pressions de service de l'ordre de 20 bars, ou encore des fluides naturels (dioxyde de carbone) qui entraînent des pressions bien supérieures, de l'ordre de 40 bars. Les dispositifs, en particulier les échangeurs, sont donc conçus pour présenter une tenue mécanique adaptée à une telle pression.
Selon une technique répandue, la paroi interne est réalisée en acier noir et est revêtue, pour assurer une surface propre et lisse, d'une épaisseur de chrome (du côté en contact avec la glace).
Si la technologie est au point, l'acier noir chromé de la paroi interne n'est pas totalement satisfaisante quant à sa capacité à constituer une surface apte au contact alimentaire, tel que défini par les normes en vigueur. Pour atteindre cette aptitude au contact alimentaire, il a été proposé de constituer la paroi interne des générateurs de glace intégralement en acier inoxydable.
Toutefois, cela engendre deux problèmes majeurs, à savoir :
- le coût des aciers inoxydables qui est très élevé (en comparaison avec l'acier noir) ;
- l'énergie nécessaire au fonctionnement du générateur, notablement plus importante, les aciers inoxydables étant de moins conducteurs thermiques que l'acier noir.
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un générateur de glace, du type mettant en œuvre un échangeur sur la paroi interne duquel on fait s'écouler de l'eau qui va geler au contact de la paroi interne, qui ait l'aptitude au contact alimentaire, ceci sans engendrer d'augmentation notable de consommation d'énergie.
L'invention a également pour objectif de fournir un tel dispositif qui satisfait aux exigences classiques, s'agissant en particulier de pouvoir être fabriqué aisément, à cout faible et dans des délais courts.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un dispositif de génération de glace, en particulier de glace sous forme d'écaillés, comprenant :
- un échangeur à double paroi présentant une paroi interne et une paroi externe entre lesquelles circule un fluide frigorigène, la paroi interne ayant une forme cylindrique et étant d'une part en contact avec le fluide frigorigène et, d'autre part destinée à porter la glace en formation ;
- un ensemble mécanique monté à l'intérieur de l'échangeur, destiné à décoller la glace formée sur la deuxième surface de la paroi interne.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que la paroi interne est réalisé en deux matériaux distincts dont un premier matériau forme un première surface apte au contact alimentaire, destinée à porter la glace en formation, et un deuxième matériau qui forme une deuxième surface en contact avec le fluide frigorigène.
En outre, selon l'invention, le deuxième matériau est de l'acier noir. De plus, la première surface et la deuxième surface sont liées entre elles par un procédé de fusion.
Ainsi, grâce à l'invention, on obtient un échangeur à double paroi dont la paroi interne présente une aptitude au contact alimentaire telle que définie par les textes normatifs en vigueur, ceci avec une capacité d'échange thermique de la paroi interne avec le fluide frigorigène du même ordre que celle des échangeurs non alimentaires. Il en résulte qu'un générateur selon l'invention ne va quasiment pas entraîner d'augmentation de consommation d'énergie par rapport aux générateurs dont la paroi interne de l'échangeur est intégralement en acier noir.
Un échangeur avec une paroi interne selon l'invention, en plus de l'alimentarité indiscutable, procure donc un énorme avantage technique.
En effet, une telle paroi interne pallie l'inconvénient d'une paroi interne constituée uniquement d'un matériau apte au contact alimentaire, qui présente une capacité d'échange thermique très mauvaise, et qui, par conséquent, engendre une baisse de production de l'ordre de 20%, ce qui est évidemment considérable. Une telle baisse de production implique des dépenses de consommation d'énergie qui peuvent être considérées comme rédhibitoires par certains utilisateurs.
Avec une paroi interne selon l'invention, la production peut n'être réduite que de 7 à 10%, mais cette réduction est accompagnée d'une baisse sensible des coûts de revient par un moindre recours au matériau apte au contact alimentaire.
Selon une solution préférentielle, le premier matériau de la paroi interne de l'échangeur est de l'acier inoxydable.
Avantageusement, la première surface et la deuxième surface sont au contact l'une de l'autre sur toute la hauteur de l'échangeur. On améliore de cette façon l'échange thermique entre les deux surfaces de la paroi interne.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation préférentiels de l'invention, donnés à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un dispositif de génération de glace du type auquel s'applique l'invention ;
- la figure 2 illustre en coupe une double paroi d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention.
En référence à la figure 1 , on décrit un dispositif de génération de glace, en particulier de glace sous forme d'écaillés, du type auquel s'applique l'invention.
Tel qu'illustré par cette figure, un dispositif de génération de glace comprend :
- un échangeur 1 à double paroi, s'étendant entre une extrémité supérieure 10 et une extrémité inférieure 11 ;
- un ensemble mécanique monté à l'intérieur de l'échangeur. La double paroi de l'échangeur comprend une paroi externe 12 et une paroi interne 13 ménageant entre elles un espace de circulation pour un fluide frigorigène.
L'échangeur 1 est réalisé de telle sorte que sa paroi interne 13 présente une forme cylindrique.
Un conduit 140 constitue un conduit d'entrée du fluide frigorigène à l'intérieur de l'espace 14 de circulation entre la paroi externe 12 et la paroi interne 13. Un conduit 141 constitue un conduit de sortie du fluide frigorigène à partir de l'espace 14 de circulation.
De façon classique, le fluide frigorigène est introduit dans l'espace 14 par l'intermédiaire du conduit 140 en phase liquide.
II circule à l'intérieur de l'espace 14 en procédant à un échange de chaleur avec en particulier la paroi interne 13 de l'échangeur. Cet échange de chaleur entraine le passage du fluide frigorigène d'une phase liquide à une phase gazeuse. La phase gazeuse est récupérée à l'aide du conduit 141 .
L'échangeur peut être alimenté :
- en fluide frigorigène par pompe ou par détendeur ; - en fluide caloporteur par pompe.
L'ensemble mécanique à l'intérieur de l'échangeur comprend :
- une fraise hélicoïdale 2 montée libre en rotation sur un arbre 20 vertical ;
- un bâti support 21 , portant l'arbre 20 et la fraise 2, solidaire d'un arbre central 22 ;
- des moyens moteurs 23 destinés à entraîner en rotation le bâti 21 .
L'arbre central 22 de l'ensemble mécanique est monté de façon coaxiale avec l'axe central de la paroi interne 13.
Le fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant :
- la paroi interne 13 de l'échangeur 1 est arrosée avec un liquide à congeler ;
- au contact de la paroi interne, le liquide gèle ;
- la glace constituée par le liquide gelé en surface de la paroi interne 13 est décollée par la fraise 2 (montée de telle sorte qu'elle affleure la paroi interne 13) ;
- la glace, sous forme d'écaillés, chute par gravité à la base de l'échangeur.
On note que la double paroi de l'échangeur est réalisée de telle sorte que la paroi interne 13 est de forme cylindrique et présente une surface lisse ou essentiellement lisse.
Selon le principe de l'invention, la paroi interne 13 est réalisée en deux matériaux distincts dont un premier matériau forme une première surface apte au contact alimentaire, destinée à porter la glace en formation, et un deuxième matériau qui forme une deuxième surface en contact avec le fluide frigorigène.
Tel qu'illustré par la figure 2, la paroi interne présente : - une première surface 130 apte au contact alimentaire, constituée selon un mode de réalisation préférentiel par une couche en acier inoxydable ;
- une deuxième surface 131 en contact avec le fluide frigorigène, constituée selon l'invention par une couche en acier noir.
Selon une solution préférée, la première surface 130 et la deuxième surface 131 sont au contact l'une de l'autre sur toute la hauteur de l'échangeur et sont liées entre elles, selon le principe de l'invention, par un procédé de fusion.
La liaison par un procédé de fusion entre la première surface 130 et la deuxième surface 131 permet d'obtenir une surface entre la première surface 130 et la deuxième surface 131 qui présente de nombreuses aspérités, ce qui améliore la qualité d'échange thermique entre la première surface 130 et la deuxième surface 131 .
Bien entendu, les épaisseurs des surfaces 130 et 131 sont déterminées pour résister aux pressions exercées sur l'échangeur, dues à la pression interne engendrée par le fluide frigorigène, et externe liée à l'ensemble mécanique, et plus précisément à l'action de la fraise sur la paroi interne.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de génération de glace, en particulier de glace sous forme d'écaillés, comprenant :
- un échangeur (1 ) à double paroi présentant une paroi interne (13) et une paroi externe (12) entre lesquelles circule un fluide frigorigène, la paroi interne (13) ayant une forme cylindrique et étant d'une part en contact avec le fluide frigorigène et, d'autre part destinée à porter la glace en formation ;
- un ensemble mécanique (2), (20), (21 ), (22), (23) monté à l'intérieur de l'échangeur, destiné à décoller la glace formée sur la deuxième surface de la paroi interne,
caractérisé en ce que la paroi interne (13) est réalisée en deux matériaux distincts dont un premier matériau forme un première surface (130) apte au contact alimentaire, destinée à porter la glace en formation, et un deuxième matériau qui forme une deuxième surface (131 ) en contact avec le fluide frigorigène, le deuxième matériau étant de l'acier noir, la première surface (130) et la deuxième surface (131 ) étant liées entre elles par un procédé de fusion.
2. Dispositif de génération de glace selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le premier matériau est de l'acier inoxydable.
3. Dispositif de génération de glace selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la première surface (130) et la deuxième surface (131 ) sont au contact l'une de l'autre sur toute la hauteur de l'échangeur.
PCT/FR2014/051344 2013-08-30 2014-06-05 Dispositif de génération de glace, mettant en œuvre un échangeur cylindrique à double paroi, dont une paroi interne bi-matériaux WO2015028725A1 (fr)

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