Elle concerne plus particulièrement : -un procédé d'échange thermique générateur d'une phase solide dans un fluide diphasique liquide/solide ; -un dispositif d'échange mettant en oeuvre le dit procédé ; -une installation de transfert thermique comportant au moins un dispositif d'échange.

Les échangeurs thermiques traditionnels, tels que les échangeurs à tubes et les échangeurs à plaques, comportent une paroi de séparation. L'échange thermique entre un fluide primaire, par exemple un frigorigène et un fluide secondaire, par exemple un frigoporteur, s'effectue à travers cette paroi de séparation.

Contrairement à ces échangeurs thermiques traditionnels, I'invention utilise un échangeur thermique liquide/liquide, par contact direct entre les fluides.

On connaît déjà des échangeurs thermiques par contact direct, dans lesquels le fluide frigoporteur est un fluide diphasique.

En particulier, les documents EP-B-643 819, GB-A-2 053 434, US-4 086 958 et US-4 300 622, décrivent des dispositifs de stockage du froid utilisant un fluide frigoporteur diphasique.

Les installations décrites dans ces documents, comportent une cuve contenant le fluide frigoporteur diphasique, destiné au stockage du froid, et un circuit de circulation d'un fluide de transfert thermique, immiscible avec le fluide diphasique et de densité différente.

En général, le fluide diphasique utilisé est une solution à base d'eau et le fluide de transfert thermique, de I'huile, tel que décrit, par exemple, dans le document US-4 086 958.

Le fluide de transfert thermique peut tre de densité supérieure ou inférieure au fluide diphasique. II est amené dans la cuve contenant ce dernier par la partie supérieure ou inférieure, respectivement, selon sa densité.

Dans les deux cas, t'échange thermique entre les deux fluides s'effectue lors de la traversée du fluide diphasique par le fluide de transfert thermique.

Selon la différence de densité entre les fluides, le fluide de transfert thermique se trouve au-dessus du fluide diphasique à sa surface (GB-A-2 053 434), ou en dessous au fond de la cuve. Après décantation des deux fluides, le fluide de transfert peut tre récupéré et réinjecté dans le circuit de circulation.

Le refroidissement du fluide diphasique par le fluide de transfert thermique génère une phase solide en suspension dans la phase liquide. Le liquide de transfert thermique étant refroidi par des moyens classiques, il absorbe une charge thermique provenant du fluide diphasique, lequel se concentre en matière solide.

Le fluide diphasique devient alors apte à produire un froid utile par sa chaleur latente de fusion.

Les fluides frigoporteurs diphasiques sont des fluides dans lesquels la formation d'une phase solide peut tre observée dans la phase liquide. Le frigoporteur est alors appelé sorbet.

Les frigoporteurs diphasiques sont généralement constitués d'une solution de deux liquides miscibles, telle que, par exemple, l'eau et t'éthanot.

La formation d'une phase solide, par-exemple des cristaux de glace pour un mélange eau-éthanol, en suspension dans la phase liquide est obtenue par refroidissement à une température inférieure à la température de solidification.

La température de solidification dépend des proportions entre les deux liquides miscibles, par exemple eau-éthanol, du frigoporteur diphasique.

La chaleur latente de fusion contenue dans la phase solide permet de véhiculer des puissances frigorifiques élevées. Elles sont en général supérieures aux puissances frigorifiques véhiculées par un fluide frigoporteur monophasique, tel qu'un liquide.

Les frigoporteurs diphasiques présentent de nombreux avantages.

Ils permettent, notamment de : -véhiculer des puissances frigorifiques élevées ; -nécessiter de faibles sections des réseaux de tuyauterie ; -présenter des possibilités de stockage du froid dans la phase solide ; -présenter des facilités de pompage ; -nécessiter des écarts de température faibles avec le fluide frigoporteur absorbant la charge thermique par la chaleur latente de fusion de la phase solide.

L'utilisation de ces frigoporteurs diphasiques présente toutefois certains inconvénients. Notamment, la phase solide a tendance à s'agglomérer sur les surfaces d'échange thermique lors de sa formation.

Afin d'éviter cette agglomération néfaste au bon fonctionnement de l'installation, la plupart des générateurs de sorbets sont des échangeurs à surface raclée ou brossée.

Ces générateurs nécessitent la présence de nombreuses pièces mécaniques en mouvement, tels que des arbres de rotation, des racleurs ou brosses, des systèmes de transmission des moteurs.

L'emploi de pièces en mouvement dans ces générateurs présente de nombreux inconvénients, notamment une consommation d'énergie accrue, une certaine usure des pièces et une fiabilité réduite de l'échangeur

Par ailleurs, la concentration de phase solide dans la phase liquide est difficile à maîtriser et les puissances unitaires obtenues restent faibles.

Les installations d'échange thermique à contact direct des fluides présentent également de nombreux inconvénients.

Le premier inconvénient réside dans la taille importante des installations.

Les techniques utilisées, conduisent en effet à la séparation par décantation d'une part du frigoporteur diphasique et du fluide de transfert thermique, et d'autre part, des parties solide et liquide du frigoporteur diphasique. La décantation nécessite de faibles vitesses de déplacement et de grands volumes (cuves de grande taille,...).

Un autre inconvénient est la concentration des matières solides et leur adhérence aux parois du systèmes.

En effet, le mélange du frigoporteur diphasique et du liquide de transfert provoque des turbulences nécessaires à t'échange thermique entre les fluides.

Cependant, ces turbulences contribuent à la formation de zones de turbulences quasi stationnaires, qui favorisent l'agglomération de la matière solide. Ces turbulences quasi stationnaires sont observées quelle que soit la configuration de t'échangeur, telle que par exemple l'injection d'un des fluides dans une tuyauterie où circule le second et/ou l'injection en cuve.

Les turbulences quasi stationnaires sont tolérables dans les installations utilisant deux fluides liquides monophasiques. Elles se traduisent alors par une perte de charge.

Par contre, lors de l'utilisation d'un fluide diphasique, les turbulences quasi stationnaires contribuent à provoquer, par rétention, des concentrations de matières solides qui adhèrent aux parois.

De nombreux essais ont permis de constater que ce phénomène est d'autant plus important que l'écart de température entre les fluides est élevé, notamment lors de l'injection du fluide frigoporteur diphasique dans le fluide de transfert thermique.

Cette agglomération de matières solides peut tre tolérée dans le cas d'une utilisation stationnaire pour le stockage du froid. II est alors possible d'obtenir la fusion des adhérences solides à chaque destockage.

Toutefois, dans le cas d'un fonctionnement en continu, tel que dans le cadre de l'invention, ces agglomérations ne peuvent que prospérer jusqu'au dysfonctionnement de l'installation.

Enfin, les dispositifs connus présentent l'inconvénient de maîtriser difficilement la concentration en matières solides.

Avec le procédé de décantation en cuve, le fluide diphasique présente en effet des comportements variables selon sa concentration en matière solide du fait de la présence de turbulences. Ces variations font évoluer notamment, sa masse spécifique, sa viscosité, sa température de solidification. Les gradients verticaux de température et de concentration sont donc également variables.

Le fonctionnement en continu du fluide diphasique nécessite une valeur constante de la concentration en matière solide à la sortie de la cuve. La maîtrise de la concentration est également nécessaire pour I'alimentation d'un réseau de fluide diphasique absorbant une charge thermique variable.

L'invention vise à résoudre ces problèmes en réalisant un échangeur générateur de sorbets fonctionnant en continu permettant un échange thermique efficace entre un fluide diphasique et un fluide de transfert thermique monophasique, sans risque d'agglomération de la phase solide bien que dépourvu de pièces mécaniques en mouvement.

A cet effet, un premier objet de l'invention décrit un procédé d'échange thermique générateur d'une phase solide dans un fluide diphasique liquide/solide, par contact direct du fluide diphasique et d'un fluide de transfert thermique, les deux fluides étant non miscibles et de densités différentes.

Le fluide de transfert reste liquide lors du transfert de chaleur et le fluide diphasique se solidifie partiellement en se refroidissant, la phase solide du fluide diphasique ayant une densité différente de celle de la phase liquide.

Le procédé comprend les étapes de : -mélange du fluide diphasique et du fluide de transfert, dans une zone de fortes turbulences, le fluide diphasique cédant de la chaleur au fluide de transfert ; -écoulement, et séparation en deux couches par différence de densité, du fluide diphasique et du fluide de transfert circulants dans une zone d'écoulement, la vitesse du fluide diphasique étant supérieure à la vitesse de décantation de sa phase solide.

Le fluide de transfert et le fluide diphasique circulent dans le mme sens dans la zone d'écoulement, à une vitesse apte à maintenir un régime d'écoulement permettant une répartition sensiblement homogène de la phase solide dans la phase liquide du fluide diphasique.

Après l'étape d'écoulement, les fluides diphasique et de transfert sont évacués dans une zone d'évacuation, et se séparent par différence de densité.

La direction d'écoulement des fluides de transfert et diphasique dans la zone d'écoulement est sensiblement horizontale.

Dans un mode de réalisation, les fluides diphasique et de transfert sont injectés dans la zone de fortes turbulences selon des directions parallèles. ou sécantes.

Dans un autre mode de réalisation, les fluides diphasique et de transfert sont injectés dans la zone de fortes turbulences selon des directions sécantes.

Dans un mode d'exécution du procédé, au moins un des deux fluides est accéléré au niveau de l'arrivée dans la zone de fortes turbulences.

Dans un autre mode d'exécution du procédé, l'injection du fluide le moins dense est en position inférieure par rapport à l'injection du fluide le plus dense, de manière à accroître les échanges thermiques entre les deux fluides.

Dans le procédé tel que décrit précédemment, la zone de fortes turbulences comprend au moins une arrivée de fluide diphasique, et au moins une arrivée de fluide de transfert.

Les températures du fluide diphasique et du fluide de transfert sont respectivement comprises entre-5°C et-10°C.

Dans un mode de réalisation, le procédé comporte des moyens de chauffage qui maintiennent au moins partiellement la surface interne des zones de forte turbulence et d'écoulement à une température supérieure à la température de solidification du fluide diphasique.

Un deuxième objet de l'invention concerne un dispositif d'échange mettant en oeuvre le procédé tel que décrit précédemment.

Le dispositif d'échange comprend : -une structure tubulaire d'échange thermique entre les fluides de transfert et diphasique ; -des premiers moyens d'amenée du fluide diphasique à la structure tubulaire ; -des seconds moyens d'amenée du fluide de transfert à la structure tubulaire, la structure tubulaire comprenant : -une zone de fortes turbulences du mélange du fluide diphasique et du fluide de transfert, dans laquelle débouchent les premiers et les seconds moyens d'amenée ; -une zone d'écoulement des fluides diphasique et de transfert, dans le prolongement et en s'éloignant de la zone de fortes turbulences, dans laquelle se

superposent les fluides diphasique et de transfert, ces fluides se séparant par différence de densité, constituant un flux sensiblement rectiligne selon une direction C en deux couches circulant dans le mme sens ; -une zone d'évacuation s'étendant transversalement à la zone d'écoulement, de manière à rompre le flux rectiligne et à séparer le fluide diphasique et le fluide de transfert, située transversalement à la direction C d'écoulement rectiligne.

Dans un mode de réalisation du dispositif d'échange, les premiers et les seconds moyens d'amenée des fluides diphasique et de transfert sont des tubulures rigides présentant une brusque réduction de diamètre à t'entrée dans la zone de turbulences.

Le dispositif tel que décrit précédemment comprend des premiers moyens de sortie du fluide diphasique et des seconds moyens de sortie du fluide de transfert, acheminant le fluide diphasique par un premier circuit de circulation vers les premiers moyens d'amenée, et le fluide de transfert par un deuxième circuit de circulation vers les seconds moyens d'amenée La zone d'écoulement du dispositif est sensiblement horizontale, la zone de séparation sensiblement verticale, la zone d'écoulement et la zone de turbulences étant alignées.

Dans un mode de réalisation du dispositif, la section de la zone d'écoulement est comprise entre 1 et 3 fois la section de la zone de fortes turbulences.

Dans le dispositif tel que décrit précédemment, les sections de la zone de turbulences et de la zone d'écoulement sont circulaires ou parallélépipédiques.

Dans un mode de réalisation de l'invention, la structure tubulaire comprend une paroi interne d'un matériau mauvais conducteur thermique, et est au moins partiellement réchauffée par des moyens de chauffage maintenant la paroi interne à une température supérieure à la température de solidification du fluide diphasique.

Dans un mode de réalisation du dispositif, ces moyens de chauffage sont une résistance chauffante.

Un troisième objet de l'invention concerne une installation de transfert thermique comportant au moins un dispositif d'échange tel que décrit précédemment.

Dans un premier mode de réalisation de l'invention, I'installation comprend : -un premier circuit de circulation du fluide diphasique comprenant : -un échangeur absorbant la charge thermique CT transmise au fluide diphasique ; -une pompe de circulation du fluide ; -un deuxième circuit de circulation du fluide de transfert comprenant : -un organe secondaire d'un premier échangeur traditionnel ; -une pompe de circulation du fluide ; -un troisième circuit de circulation d'un fluide frigorigène, destiné au refroidissement du fluide de transfert, comprenant : -un organe primaire de t'échangeur traditionnel ; -un compresseur ; -un condenseur ; -un organe détendeur ; -un dispositif d'échange tel que décrit précédemment, placé sur les premier et deuxième circuits, dans lequel sont mis en contact le fluide de transfert et le fluide diphasique.

Dans un second mode de réalisation, l'installation comprend un quatrième circuit de circulation d'un fluide frigoporteur destiné à chauffer la paroi interne du dispositif d'échange.

Dans une variante du second mode de réalisation, I'installation comprend : -un premier circuit de circulation du fluide diphasique comprenant : -un échangeur absorbant la charge thermique transmise au fluide diphasique ; -une pompe de circulation du fluide ; -un deuxième circuit de circulation du fluide de transfert comprenant :

-un organe secondaire d'un premier échangeur traditionnel ; -une pompe de circulation du fluide ; -un troisième circuit de circulation d'un fluide frigorigène, destiné au refroidissement du fluide de transfert, comprenant : -un organe primaire du premier échangeur traditionnel ; -un compresseur ; -un condenseur ; -un organe primaire d'un second échangeur traditionnel ; -un organe détendeur ; -un dispositif d'échange, placé sur les premier et deuxième circuits, dans lequel sont mis en contact le fluide de transfert et le fluide diphasique ; -un quatrième circuit de circulation d'un fluide frigoporteur comprenant : -un organe secondaire de l'échangeur ; -une pompe de circulation du fluide.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit en référence aux dessins annexés, illustrant différents modes de réalisation.

Les figures 1 et 2 représentent le schéma simplifié de deux modes de réalisation de l'installation selon i'invention.

Les figures 3 à 6 représentent des coupes schématiques de différents modes de réalisation du dispositif d'échange.

Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1,1'installation comprend un circuit 1 de circulation du fluide frigoporteur diphasique (D), un circuit 2 de circulation du fluide de transfert thermique (T) monophasique et un circuit 3 de circulation d'un fluide primaire frigorigène (F).

Les flèches symbolisent le sens de circulation des fluides dans les différents circuits.

L'installation comprend un échangeur 4, disposé sur le circuit 1. L'échangeur 4 est destiné à absorber une charge thermique (CT) qui est transmise au fluide diphasique (D) mis en circulation dans le circuit 1.

La charge thermique (CT) représente l'objet à réfrigérer. Cet objet peut tre une chambre froide ou un meuble réfrigéré.

L'échange thermique entre le fluide diphasique (D) et le fluide de transfert thermique (T) s'effectue au niveau d'un dispositif d'échange thermique 5. Ce dispositif consiste en un échangeur générateur de sorbet selon l'invention.

Les fluides diphasique (D) et de transfert thermique (T) pénètrent dans l'échangeur générateur de sorbet 5 par les entrées 6 et 7, respectivement. Ils en sortent par les sorties 8 et 9, respectivement.

Le dispositif d'échange 5 comprend des moyens de chauffage 10 disposés sur sa surface externe. Ces moyens de chauffage 10 sont destinés à maintenir la paroi interne du dispositif d'échange 5 à une température supérieure à la température de solidification de la phase solide du fluide diphasique. De cette manière, les agglomérations de matières solides sur les parois sont évitées.

Les moyens de chauffage 10 peuvent tre un élément chauffant, tel que, par exemple, une résistance électrique, ou tout autre moyen de chauffage.

Le fluide de transfert thermique (T) est refroidi par le fluide frigorigène (F) dans un échangeur thermique 11 classique comprenant un organe primaire 12 et un organe secondaire 13 séparés par une paroi de séparation 14.

Le primaire 12 de t'échangeur 11 est, par exemple, t'évaporateur du circuit 3.

Le fluide frigorigène (F) circule dans l'organe primaire 12, le fluide de transfert (T) circule dans l'organe secondaire 13,1'échange thermique entre les deux fluides se faisant à travers la paroi 14.

La circulation des fluides dans les circuits 1 et-2 est assurée par des pompes 15 et 16 respectivement.

Le circuit 3 comporte au moins un compresseur 17, un condenseur 18 et un organe de détente 19.

Dans le mode de réalisation de l'installation représenté sur la figure 2, les moyens de chauffage sont alimentés par un quatrième circuit 20.

Dans ce circuit 20, un autre fluide frigoporteur (E) circule. II peut s'agir, par exemple, d'eau.

Le circuit 20 comporte : -un échangeur thermique 21 classique, comprenant des organes primaire 22 et secondaire 23, et une paroi de séparation 24 ; -une pompe 25 destinée à la circulation du fluide (E).

L'organe primaire 22 est disposé sur le circuit 3 entre le condenseur 18 et l'organe de détente 19, I'organe secondaire 23 étant disposé sur le circuit 20.

Lors de son passage dans t'échangeur 21, le fluide frigorigène (F) circulant dans l'organe primaire 22, cède sa chaleur au fluide (E) circulant dans l'organe secondaire 23. Le fluide (E) est alors véhiculé par la pompe 25 vers les moyens de chauffage 10 de t'échangeur générateur de sorbet.

L'échangeur générateur de sorbet 5 est maintenant décrit en détail.

Dans le mode de réalisation de la figure 3, t'échangeur générateur 5 comprend une structure tubulaire 26 en forme de T.

La structure tubulaire 26 est réalisée en un matériau mauvais conducteur thermique, tel que par exemple, une matière plastique.

De cette manière, la paroi interne 27 de la structure tubulaire en contact avec le fluide diphasique (D) et proche du fluide de transfert thermique (T) se refroidit de façon modérée, réduisant ainsi l'agglomération de matières solides sur la paroi.

Ces matières solides sont éliminées grâce aux moyens de chauffage 10.

Les moyens de chauffage 10 sont disposés sur la surface externe de la structure tubulaire 26. Ils s'étendent au moins au niveau de l'interface entre les deux fluides dans la partie tubulaire.

Les moyens de chauffage 10 peuvent tre une résistance chauffante ou un réseau de tuyaux alimenté par le quatrième circuit 20.

La paroi interne 27 ne présente pas d'aspérités afin d'éviter l'agglomération de matières solides.

La structure tubulaire 26 comporte une partie tubulaire rectiligne et sensiblement horizontale 28 comprenant une première extrémité 29 et une seconde extrémité 30, opposée à l'extrémité 29.

On définit un plan horizontal (P) séparant en deux la partie 28. Le plan (P) contient I'axe (A) de la partie tubulaire 28.

Dans la suite de la description, les qualificatifs supérieur et inférieur, respectivement haut et bas sont définis par rapport à ce plan (P).

Dans un mode de réalisation de l'invention, la partie tubulaire 28 n'est pas rectiligne.

Dans un autre mode de réalisation, la partie tubulaire 28 est légèrement inclinée, I'axe (A) présentant un angle compris entre 0 et 45° avec le plan (P).

Des premiers moyens d'amenée 31 du fluide diphasique et des seconds moyens 32 d'amenée du fluide de transfert (T) sont disposés à la première extrémité 29 de la structure tubulaire 28.

Ces premiers et seconds moyens d'amenée 31,32, comprennent chacun au moins un conduit d'amenée 33,34, des fluides (D) et (T), respectivement.

Ces conduits d'amenée 33,34 peuvent tre formés par des tubulures rigides, de directions parallèles entre elles ou sécantes Le conduit d'amenée 34 du fluide de densité la plus élevée, à savoir le fluide de transfert thermique (T) dans le mode de réalisation décrit, est positionné au-dessus du conduit d'amenée 33 du fluide le moins dense, le fluide diphasique (D).

Les sections des conduits d'amenée 33 et 34 des fluides sont, de préférence, de dimension inférieure à la section de la partie tubulaire 28.

De cette manière, les brusques variations de section et des vitesses des fluides lors de leur passage des conduits d'amenée (33,34) à la partie 28, produisent des turbulences favorables à t'échange thermique.

Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4, les moyens d'amenée (31,32) des fluides comprennent chacun plusieurs conduits d'amenée.

La seconde extrémité 30 de la partie tubulaire 28 est reliée à une partie tubulaire transversale d'évacuation 35 par une partie sensiblement conique 36.

La partie tubulaire d'évacuation transversale 35 comprend des premiers moyens de sortie 37 du fluide diphasique (D) et des seconds moyens de sortie 38 du fluide de transfert (T).

Dans le mode de réalisation de la figure 3, les premiers et seconds moyens de sortie (37,38) comportent respectivement une partie tubulaire supérieure 39 et une partie tubulaire inférieure 40.

La partie supérieure 39 est destinée à t'évacuation du fluide (D) de faible densité, tandis que la partie inférieure 40 est destinée à l'évacuation du fluide (T) de densité plus élevée.

Les axes (B) et (B') respectivement des parties supérieure 39 et inférieure 40 peuvent présenter un angle de quelques degrés avec la normale au plan (P).

Cet angle peut tre compris entre 0° et 80° environ.

Dans un autre mode de réalisation, les premiers et seconds moyens de sortie (37, 38) comprennent plusieurs parties tubulaires, de directions parallèles ou sécantes.

Les premiers moyens d'amenée 31 et de sortie 37 du fluide (D) sont reliés au circuit 1, les seconds moyens d'amenée 32 et de sortie 38 du fluide (T) étant reliés au circuit 2.

La section des différentes parties tubulaires (28,35) peut tre circulaire ou parallépipédique, les angles formés par les parois internes étant alors arrondis, afin d'éviter l'agglomération de matières solides.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, la section de la partie 28 est constante. Elle peut toutefois tre croissante ou décroissante, telle que représentée dans les modes de réalisation des figures 5a et 5b.

Différentes zones sont distinguées dans la structure tubulaire 26 : -une zone de fortes turbulences (Z1) où se produit le mélange des fluides (T) et (D) ; -une zone d'écoulement (Z2) située dans le prolongement et en s'éloignant de la zone (Z1), dans laquelle se superposent les deux fluides (T) et (D) ;

-une zone d'évacuation (Z3) s'étendant transversalement à la zone d'écoulement (Z2) de manière à rompre les flux des deux couches de fluide.

Les zones de turbulences et d'écoulement (Z1, Z2) font partie de la partie tubulaire 28.

Dans le mode de réalisation de la figure 3, les deux zones Z1 et Z2 sont alignées et rectilignes.

Dans un autre mode de réalisation (figure 6), les deux zones peuvent tre décalées, et non rectilignes par rapport au plan (P).

Les caractéristiques des fluides sont maintenant décrites plus en détail.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le fluide frigoporteur diphasique (D) peut tre, par exemple, une solution d'eau et d'éthanol ou une solution d'eau et de glycol.

La composition d'une solution eau-éthanol peut tre, par exemple, de 88,7% en masse d'eau et 11,30% en masse d'éthanol.

La température de début de solidification de la solution est alors de-5°, la masse volumique à cette température étant de 985 kg/m3 Les teneurs en eau et éthanol peuvent varier selon la température de solidification souhaitée.

Le fluide de transfert thermique (T) permettant le refroidissement du fluide frigoporteur (D) est non miscible avec ce dernier et de masse volumique plus importante.

On peut par exemple utiliser du bromobutane.

Ce fluide présente une température de solidification de-112°C et une masse volumique de 1316 kg/m3 à-5° C.

L'invention ne se limite pas aux fluides décrits. D'autres fluides possédant des masses volumiques et des températures de solidification appropriées peuvent tre utilisés dans le cadre de l'invention.

Le débit de fluide frigoporteur diphasique est principalement défini par : -la puissance frigorifique utile souhaitée ; -la chaleur latente de solidification de l'eau ; I'évolution de la concentration en matière solide, dans le cas présent des cristaux de glace, au passage dans l'échangeur générateur 5. Ainsi, dans le cas d'une solution eau-éthanol, de composition citée précédemment, une évolution de par exemple 5 à 25% en matière solide, permet de véhiculer environ 74 KJ par kg.

Cette valeur correspond à une puissance de 20 watts par kilogramme de matière solide, et à un débit massique de fluide diphasique avec sa phase liquide d'environ 1000/ (20 x 0,25) = 200 kg/kW.

Dans ces conditions, le débit du fluide de transfert thermique est défini par : -la charge thermique à absorber ; -l'écart de température entre l'entrée et la sortie du générateur ; -sa capacité calorifique.

Dans le cas du bromobutane, la capacité calorifique est de 1,23 KJ/kg/°C Pour un écart de température du 4°C entre l'entrée et la sortie du générateur 5, et une puissance de 1kW pour une durée de une heure, le débit massique du bromobutane est alors de : débit = puissance/ (écart de température x capacité calorifique), soit ici un débit de 731 kg/kW.

Pour une puissance de 1 kW, les débit volumiques sont alors : -pour le frigoporteur diphasique (D) de 0,203 m3 ; et -pour le fluide de transfert thermique (T) de 0,555 m3.

L'échangeur générateur 5 est dimensionné en fonction de la puissance souhaitée, de laquelle découlent les débits volumiques.

Les vitesses des écoulements ont été définies par expérimentation.

Pour une vitesse d'entrée de fluide diphasique de 0,25 m/s et une vitesse d'entrée du fluide de transfert de 1 m/s, la vitesse d'écoulement dans le générateur 5 de la somme des deux débits de fluides est de 0,55 m/s.

Ces valeurs permettent pour une puissance donnée, de déterminer les débits volumiques qui avec les vitesses énoncées permettent de dimensionner les sections.

Ces vitesses permettent une forte agitation dans la zone de fortes turbulences (Z1) de t'échangeur, puis la séparation des deux fluides par différence de masse volumique dans la zone d'écoulement (Z2), le régime restant turbulent.

Le fonctionnement de l'échangeur générateur de sorbet 5 est maintenant décrit plus en détail, les fluides utilisés présentant des caractéristiques proches des fluides décrits précédemment.

Les deux fluides diphasique (D) et de transfert (T) sont amenés respectivement par les premiers 31 et seconds 32 moyens d'amenée au niveau de la zone de fortes turbulences (Z1) de t'échangeur 5.

La taille de la zone de fortes turbulences (Z1) est dimensionnée en fonction des débits d'arrivée des deux fluides.

Du fait de la différence de densité des fluides (T) et (D) et de leur position respective lors de leur arrivée dans la partie tubulaire horizontale 28, le fluide le plus lourd (T) est amené à traverser le fluide le plus léger (D) dans la zone de fortes turbulences (Z1).

La mise en contact des deux fluides, due à la fois à leur croisement et aux turbulences créées, permet un bon échange thermique. Le fluide diphasique (D) cède de la chaleur au fluide de transfert thermique (T), augmentant ainsi sa concentration en matière solide.

Dans la zone (Z2), les deux fluides se séparent par écart de densité, le fluide diphasique (D) plus léger circule alors dans la partie supérieure, tandis que le fluide de transfert thermique (T) circule dans le mme sens dans la partie inférieure.

Selon les débits respectifs des fluides (D) et (T) à leur arrivée dans t'échangeur 5, I'interface entre les deux couches de fluides séparées se situe au-dessus, au-dessous ou au niveau du plan (P) médian.

Les deux fluides se dirigent ainsi, dans la direction C, vers la seconde extrémité 30 de la partie tubulaire 28.

A leur arrivée à la seconde extrémité 30, les deux fluides se séparent par différence de densité, le fluide diphasique (D) se dirigeant vers la partie verticale ascendante 39, tandis que le fluide T est dirigé vers la partie inférieure descendante 40.

La vitesse d'écoulement des deux fluides dans les différentes parties de t'échangeur 5 permet de maintenir les deux fluides en régime turbulent, sans pour autant provoquer de mélange entre eux après la zone de turbulence (Z1).

La vitesse d'écoulement est suffisante pour maintenir dans le fluide diphasique (D) circulant en partie supérieure, une répartition sensiblement homogène de la phase solide dans sa phase liquide.

Dans ces conditions, le fluide (D) circule vers la sortie 8 de t'échangeur générateur 5 dans la partie verticale ascendante 39, sa vitesse étant toujours supérieure à la vitesse de décantation des phases solide et liquide.

Le fonctionnement de l'installation est maintenant décrit en détail.

L'échangeur 4 absorbe une charge thermique (CT), et la transmet au frigoporteur diphasique (D) mis en circulation par la pompe 15 dans le premier circuit 1.

Le frigoporteur diphasique (D) arrive par les premiers moyens d'amenée 31 à t'entrée 6 de l'échangeur générateur de sorbets 5 et ressort de ce dernier par la sortie 8.

A la sortie de t'échangeur générateur de sorbets 5, le fluide diphasique (D) de concentration en matière solide plus élevée qu'à son entrée dans t'échangeur, est amené dans t'échangeur 4.

A son passage dans t'échangeur 4, la phase solide du fluide diphasique (D) absorbe sa chaleur latente de fusion provenant de la charge thermique (CT) et redevient ainsi partiellement ou totalement liquide.

A la sortie de t'échangeur 4, le fluide diphasique (D), présente donc une concentration en matières solides faible voire nulle.

Le fluide diphasique (D) est à nouveau concentré en matière solide au passage dans t'échangeur générateur 5.

Lors du passage du fluide diphasique (D) dans t'échangeur générateur de sorbet 5, la chaleur latente de solidification est transférée par contact direct au fluide de transfert thermique (T) mis en circulation par la pompe 16 dans le deuxième circuit 2.

Le fluide de transfert (T) est refroidi dans l'organe secondaire 13 de t'échangeur 11, situé en amont de t'échangeur générateur 5 sur le circuit 2.

Après refroidissement dans t'échangeur 11, le fluide de transfert (T) arrive par les seconds moyens d'amenée 32 à t'entrée 7 de t'échangeur générateur 5, et en sort par la sortie 9.

Après son passage dans t'échangeur générateur 5, le fluide de transfert (T) est à nouveau refroidi dans t'échangeur 11.

L'organe primaire 12 de t'échangeur 11 est traversé par le fluide frigorigène (F) du circuit 3, où il s'évapore après passage dans l'organe de détente 19.

En aval de l'échangeur 11, le frigorigène (F) est compressé par le compresseur 17, puis condensé par le condenseur 18.

La charge thermique du fluide frigorigène (F) est alors rejetée par le condenseur 18 dans un médium (M).

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2,1'échangeur générateur de sorbets 5 est localement réchauffé par un fluide (E) circulant dans un circuit 20 à I'aide de la pompe 25.

Le fluide (E) est réchauffé en circulant dans l'organe secondaire 23 de t'échangeur 21.

L'organe primaire 22 de cet échangeur 21 est traversé quant à lui par le fluide frigorigène (F) circulant dans le circuit 3.

L'échangeur 21 est placé sur le circuit 3 entre le condenseur 18 et l'organe détendeur 19. Le fluide frigorigène (F) traverse donc en phase liquide l'organe primaire 22 en cédant sa chaleur au fluide (E), et se sous refroidit.

Le fluide (E) réchauffé est alors amené aux moyens de chauffage 10 de t'échangeur 5 réchauffant ainsi localement la paroi de ce dernier.