La présente invention concerne un procédé d'accumulation et de resti¬ tution de froid dans lequel on accumule, lors des phases d'accumula¬ tion de froid, dans une enceinte de stockage contenant une masse de liquide accumulateur de froid et caloporteur, un amas de glace consti¬ tué d'agrégats rigides de cristaux de ce liquide congelé, ces cristaux étant générés par la vaporisation d'un fluide frigorigène mis en contact direct avec du liquide accumulateur de froid et caloporteur prélevé dans cette enceinte, et dans lequel, lors des phases de resti¬ tution de froid, on restitue le froid accumulé dans l'enceinte de stockage à un,circuit d'utilisation par fusion desdits cristaux en faisant circuler en circuit fermé un courant dudit liquide, successi¬ vement à travers ledit amas et ledit circuit d'utilisation.

La présente invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant une enceinte de stockage contenant un liquide accumulateur de froid et caloporteur, au moins partiellement sous la forme d'un amas d'agrégats rigides de cristaux de ce liquide congelé, ces cristaux étant obtenus par congélation de ce liquide par la vaporisation d'un fluide frigorigène mis en contact direct avec du liquide accumulateur de froid et caloporteur, et des moyens pour injecter le fluide frigorigène, au moins partiellement à l'état li¬ quide, dans ce liquide.

Les systèmes fonctionnant selon ce procédé connu, inventé par M. L. Simon et décrit par exemple dans le brevet suisse No 628. 17, présen¬ tent de multiples avantages sur les autres systèmes connus d'accumula¬ tion de froid dans lesquels un liquide accumulateur de froid, en géné¬ ral constitué, comme dans le procédé SIMON, par de l'eau ou par une solution aqueuse, par exemple une solution eutectique ou non de sels minéraux tels que le chlorure de sodium ou le chlorure de calcium, est congelé sur la surface externe d'un évaporateur de frigorigène ou d'un échangeur de chaleur parcouru par de l'eau glycolée refroidie à une température inférieure à O'C.

En particulier, ces nouveaux systèmes sont notablement plus compacts, plus simples et plus économiques que les autres systèmes connus.

En outre leur rendement thermodynamique, qui constitue un facteur de qualité important, est supérieur à celui de ces systèmes traditionnels car, avec ce nouveau procédé, la température de vaporisation du fluide frigorigène, qui présente une grande surface de contact direct avec le liquide accumulateur de froid et caloporteur à congeler, est très proche de la température de congélation de ce liquide, alors qu'avec les autres systèmes connus, cette température de vaporisation est inférieure de plusieurs degrés centigrades à ladite température de congélation car les échanges de chaleur entre le fluide frigorigène et le liquide accumμlateur de froid et caloporteur s'effectuent à travers toute l'épaisseur du dépôt de glace solide, de faible conductibilité thermique, qui recouvre l'évaporateur ou l'échangeur de chaleur sus¬ mentionnés. Cet inconvénient est diminué, mais non éliminé dans d'au¬ tres systèmes connus dans lesquels des agrégats solides de cristaux de glace macroscopiques sont produits par refroidissement indirect du liquide accumulateur sur la paroi d'un évaporateur de fluide frigori¬ gène et sont raclés mécaniquement ou entraînés par un film mince s'écoulant par gravité sur la surface d'une paroi froide pour consti¬ tuer avec du liquide caloporteur un mélange hétérogène de consistance pâteuse qui est véhiculé et déversé ensuite dans une enceinte de stockage de froid, comme décrit dans le brevet US No. ,480,455 ou dans le brevet US No. 4,509,344.

D'une manière générale, les systèmes d'accumulation de froid sont caractérisés par deux autres facteurs de qualité économiquement signi¬ ficatifs : leur capacité C d'accumulation de froid par unité de volume d'espace utilisé par les installations (k.Frig/rr ) d'une part, et leur efficacité de refroidissement du liquide caloporteur lors des phases de restitution de froid d'autre part. Cette efficacité de refroidisse¬ ment peut être définie, pour un débit D donné de liquide calopor¬ teur (m h) , comme le rapport : R(D) = (6-1 - β-2)/(-&l - -θo) où -θ-1 est la température du liquide caloporteur échauffé après son passage dans le circuit d'utilisation, à son arrivée dans l'accumulateur, où -£2 est la température de ce liquide après son refroidissement dans l'accumu-

lateur, à la sortie de ce dernier, et où θo est la température de congélation du liquide caloporteur. Ce rapport R(D) , compris entre 0 et 1 , est indépendant de la température -&1 , mais varie avec le débit D. Le produit C. ^ .D.R(D) .(-Θ1 - θo) est égal à la puissance d'extrac¬ tion de froid Pe(kFrig/h) d'un liquide caloporteur de chaleur spécifi¬ que C et de masse spécifique ζ . Pour l'eau (C-f) = T000 kFrig/m3°c.

Ces deux facteurs de qualité C et R(D) peuvent être supérieurs avec les systèmes fonctionnant selon le procédé décrit dans le brevet suisse susmentionné à ceux des autres systèmes d'accumulation de froid connus, pour un coût moindre. C'est l'analyse des mécanismes responsa¬ bles de la limitation de ces deux facteurs de qualité qui a conduit à la présente invention.

Selon le procédé décrit dans le brevet suisse susmentionné, il est d'usage de produire lesdits cristaux, comme indiqué précédemment, par la vaporisation d'un fluide frigorigène dans la masse de ce liquide, cette vaporisation étant effectuée dans une enceinte de cristallisa¬ tion ou directement au bas de l'enceinte de stockage. Cette vaporisa¬ tion génère des cristaux microscopiques qui tendent à s'agréger les uns aux autres et, si l'on ne prend pas de précautions spéciales, à se concentrer vers le haut de l'enceinte de cristallisation ou de l'en¬ ceinte de stockage par décantation, pour y former une bouillie de cristaux de glace et de liquide accumulateur ayant déjà une certaine consistance solide ou pâteuse (communément appelé "slurry") avant que cette bouillie soit accumulée dans l'enceinte de stockage pour former ledit amas de glace rigide communément appelé "ice pack". Dans les autres procédés connus susmentionnés à congélation indirecte, par exemple celui décrit dans le brevet US No. 4,480,445 ou dans le brevet US No. 4,509,344, cette bouillie, formée de cristaux solides de plus grande dimension, a une consistance encore moins fluide.

On observe qu'en accumulant dans l'enceinte cette bouillie contenant de gros cristaux et ayant une consistance au moins partiellement solide, en l'y déversant ou en l'y faisant décanter, l'amas de glace formé dans l'enceinte a une structure microscopique poreuse mais une structure macroscopique hétérogène et irrégulière et une épaisseur et

une hauteur non uniformes. La masse de l'amas de glace présente fré¬ quemment des cavités et un réseau irrégulier d'espaces libres communi¬ cants, de formes et de dimensions variables, pouvant atteindre plu¬ sieurs centimètres. Ces cavités et ces espaces libres sont générale¬ ment remplis de fluide frigorigène gazeux dans la partie de l'amas qui émerge de la masse de liquide accumulateur de froid et caloporteur contenu dans l'enceinte, et de ce liquide accumulateur et/ou de ce fluide gazeux dans la partie immergée de ladite masse.

Des réarrangements de structure accompagnés de fissures peuvent aussi se produire dans la masse de l'amas au cours des phases de formation (accumulation de froid) et de résorption de cette masse (restitution de froid) sous l'effet de tensions mécaniques provoquées par des poches de gaz ou des défauts d'uniformité de l'épaisseur et de la hauteur de cette masse, et/ou être provoquées par le développement de forces de retenue de ladite masse par les parois de l'enceinte d'accu¬ mulation, ou par des éléments solidaires de cette enceinte au cours de la formation ou de la résorption de cette masse.

La structure hétérogène de la masse dudit amas de glace et de liquide accumulateur de froid et caloporteur, et son épaisseur non uniforme, limitent la quantité de glace stockable dans une enceinte donnée et, par voie de conséquence, la capacité C d'accumulation de froid de cette enceinte.

En outre, l'existence de quelques espaces libres de grande taille dans ledit amas conduit à la formation de passages hydrauliques privilégiés à travers cette masse. Lors des phases de fusion de cette masse par le liquide réchauffé, ces passages ont tendance à s'élargir spontanément par fusion des cristaux situés à leur surface, ce qui provoque rapide¬ ment des court-circuits hydrauliques à travers ladite masse qui, en dérivant une partie appréciable du flux de liquide acuumulateur de froid et caloporteur hors des agrégats poreux de l'amas, abaissent considérablement la surface effective de l'interface de contact entre le liquide et les cristaux de glace où s'effectuent les échanges thermiques; il en résulte une sérieuse limitation de l'efficacité de refroidissement R(D) du liquide accumualteur de froid et caloporteur

traversant cette masse. De plus, en raison du caractère aléatoire de la formation desdits passages privilégiés, on observe parfois des fluctuations de la température 02 de sortie du liquide caloporteur, donc de l'efficacité de refroidissement R(D) , au cours d'une même phase de restitution de froid, ou d'une telle phase à une autre, ainsi que des variations de la quantité maximum de froid accumulable dans l'enceinte de stockage.

La présente invention a pour principal objet d'accroître la capacité C d'accumulation de froid et l'efficacité R(D) de refroidissement du liquide accumulateur de froid et caloporteur des systèmes fonctionnant selon le nouveau procédé connu d'accumulation de froid. Elle a égale¬ ment pour objjet d'assurer un fonctionnement parfaitement stable et reproductible de ces systèmes.

L'invention a aussi pour objet de permettre d'effectuer la restitution de froid avec un débit D de liquide accumulateur de froid et calopor¬ teur plus élevé qu'avec les systèmes connus de même dimensionnement, donc de restituer la charge de froid accumulée dans l'enceinte de stockage en un temps plus court, à grande puissance, tout en mainte¬ nant une efficacité R(D) élevée, c'est-à-dire en délivrant le liquide à une température 02 voisine de Oo.

Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on élabore, lors des phases d'accumulation de froid, un piston rigide constitué par un amas poreux compact desdits agrégats de cris¬ taux, d'épaisseur et de hauteur uniformes et de structure homogène, exempt de cavités, d'espaces libres et d'autres défauts d'homogénéité macroscopiques de sa structure, imprégné de liquide accumulateur de froid et caloporteur, Jusqu'à hauteur d'un niveau libre de cette masse de liquide, en formant lesdits agrégats rigides de cristaux directe¬ ment dans ladite enceinte, sur la surface supérieure dudit amas, en résorbant uniformément ce piston depuis le haut, au cours des phases de restitution de froid, en arrosant uniformément sa surface supé¬ rieure avec du liquide accumulateur de froid et caloporteur prélevé au bas de l'enceinte de stockage et réchauffé au-dessus de sa température de congélation après son passage dans le circuit d'utilisation, et en

ce que l'on maintient l'intégrité de la structure de ce piston en laissant ce piston coulisser librement, en bloc, au cours des phases d'accumulation et de restitution de froid, le long des parois verti¬ cales de cette enceinte, vers la bas lors des phases d'accumulation de froid et vers le haut lors des phases de restitution de froid.

Selon un premier mode de réalisation, on élabore ledit piston en pulvérisant et en dispersant uniformément au-dessus de sa surface, sous la forme d'une pluie ou d'un brouillard, pour y former lesdits agrégats rigides, à travers un espace contenant du fluide frigorigène à l'état gazeux, sur toute la section horizontale de ladite enceinte de stockage, un mélange homogène de consistance fluide de liquide accumulateur de, froid et caloporteur et de cristaux microscopiques de ce liquide congelé.

De préférence, on crée ledit mélange homogène de consistance fluide par vaporisation d'un fluide frigorigène injecté au moins partielle¬ ment à l'état liquide dans une masse dudit liquide contenue et mainte¬ nue en mouvement à l'intérieur d'une enceinte de cristallisation.

Selon un deuxième mode de réalisation, on élabore ledit piston en dispersant uniformément au-dessus de sa surface pour y former lesdits agrégats rigides à travers un espace contenant ledit fluide frigori¬ gène à l'état gazeux, une pluie, une neige mouillée et/ou un brouil¬ lard de particules de liquide accumulateur de froid et caloporteur dont on effectue la congélation partielle dans ledit espace en vapori¬ sant dans cet espace du fluide frigorigène à l'état liquide injecté et détendu dans cet espace.

Selon une première variante de ce deuxième mode de réalisation , on élabore ledit piston en créant dans ledit espace contenant du fluide frigorigène à l'état gazeux et en répandant uniformément sur sa sur¬ face, pour y former lesdits agrégats rigides, sur toute la section horizontale de l'enceinte de stockage, une pluie et/ou un brouillard de neige mouillée, cette neige étant obtenue par la congélation par¬ tielle et la projection dans ledit espace de liquide accumulateur de froid et caloporteur mis en contact direct dans au moins une buse de

projection avec du fluide frigorigène au moins partiellement à l'état liquide détendu dans ledit espace.

Selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation, on élabore ledit piston en créant dans ledit espace contenant du fluide frigorigène à l'état gazeux et en répandant uniformément sur sa sur¬ face, pour y former lesdits agrégats rigides, sur toute la section horizontale de l'enceinte de stockage, une pluie et/ou un brouillard de neige mouillée, cette neige étant obtenue en détendant un mélange de liquide accumulateur de froid et caloporteur et de fluide frigori¬ gène liquide injecté sous pression dans ledit espace. Ledit mélange est constitué par une émulsion de liquide frigorigène dispersé dans le liquide accumulateur de froid et caloporteur.

Selon une troisième variante du deuxième mode de réalisation, on élabore ledit piston en créant dans un espace contenant du fluide frigorigène à l'état gazeux et en répandant uniformément sur sa sur¬ face, pour y former lesdits agrégats rigides, sur toute la section horizontale de l'enceinte de stockage, une pluie comportant des parti¬ cules de fluide frigorigène liquide et des particules de liquide accumulateur de froid et caloporteur et de cristaux de ce liquide, cette pluie étant obtenue en pulvérisant et en détendant du fluide frigorigène au moins partiellement à l'état liquide dans cet espace et en pulvérisant du liquide accumulateur de froid et caloporteur dans ce même espace, uniformément à travers toute la section de l'enceinte.

Les trois variantes du deuxième mode de réalisation présentent, sur le premier mode de réalisation, l'avantage important d'un coût sensible¬ ment moindre en raison de leur grande simplicité due notamment à l'absence d'une enceinte de cristallisation. En outre, la concentra¬ tion des cristaux de liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé dans les particules déposées sur la surface du piston peut être beaucoup plus élevée que dans le premier mode de réalisation où cette concentration est limitée par la nécessité de donner une consis¬ tance fluide au mélange de cristaux et de liquide accumulateur de froid et caloporteur qui doit être transporté par pompage entre l'en¬ ceinte de cristallisation et l'enceinte de stockage. Il en résulte une

consommation d'énergie de pompage moindre lors des phases d'accumula¬ tion de froid et un coût d'installation réduit.

Au cours des phases de restitution de froid, dans un mode de réalisa¬ tion avantageux, on mélange au liquide accumulateur de froid et calo¬ porteur réchauffé provenant du circuit d'utilisation, du liquide accu¬ mulateur de froid et caloporteur refroidi soutiré au bas de l'enceinte de stockage, et l'on répartit le mélange de ces liquides de façon uniforme sur la surface supérieure dudit piston.

Au cours des phases de restitution de froid, dans un autre mode de réalisation avantageux, on prérefroidit le liquide accumulateur de froid et caloporteur réchauffé provenant du circuit d'utilisation en y injectant du fluide frigorigène au moins partiellement à l'état li¬ quide et en provoquant une vaporisation au moins partielle de ce fluide dans le liquide accumulateur de froid et caloporteur, sans entraîner sa congélation, avant de répartir ce liquide uniformément sur la surface supérieure du piston.

Au cours des phases de restitution de froid, dans un autre mode de réalisation avantageux, on répartit uniformément sur la surface supé¬ rieure du piston un mélange de liquide accumulateur de froid et calo¬ porteur refroidi soutiré au bas de l'enceinte de stockage avec du liquide accumulateur de froid et caloporteur provenant du circuit d'utilisation, prérefroidi par injection et vaporisation de fluide frigorigène dans ce liquide.

On peut également restituer une partie du froid accumulé dans l'en¬ ceinte de stockage audit circuit d'utilisation au cours d'une phase d'accumulation de froid dans cette enceinte, en faisant circuler du liquide accumulateur de froid et caloporteur prélevé au bas de l'en¬ ceinte à travers ce circuit d'utilisation et à travers le piston, tout en dispersant uniformément lesdits cristaux sur la surface supérieure du piston.

Pour renforcer la structure du piston et accroître sa concentration en cristaux, on peut avantageusement procéder à une solidification corn-

plémentaire de la masse du piston en répartissant uniformément sur la surface supérieure du piston du fluide frigorigène liquide, par pulvé¬ risation ou arrosage, depuis le haut de l'enceinte de stockage conte¬ nant du fluide frigorigène gazeux, de telle manière que ce fluide liquide pénètre dans les couches supérieures de la masse poreuse du piston et y congèle, en se vaporisant, le liquide accumulateur de froid et caloporteur retenu par les agrégats de cristaux constituant cette masse situés au-dessus dudit niveau libre de ce liquide contenu dans l'enceinte de stockage.

Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour créer, au cours de la phase d'accumulation de froid, un piston constitué par un amas homo¬ gène, poreux et compact desdits agrégats rigides de cristaux, des moyens d'arrosage et/ou de pulvérisation pour disperser uniformément depuis le haut de l'enceinte de stockage un mélange desdits cristaux et de liquide accumulateur de froid et caloporteur sur toute sa sec¬ tion horizontale, des moyens pour résorber au moins partiellement au cours de la phase de restitution du froid, ledit piston depuis sa partie supérieure, des moyens pour répartir uniformément au cours de cette phase et sur sa surface supérieure, du liquide accumulateur de froid et caloporteur en provenance du circuit d'utilisation réchauffé lors de son passage à travers ce circuit, et des moyens pour prévenir la formation de fissures, d'espaces libres et d'autres défauts d'homo¬ généité macroscopiques de la structure dudit piston, au cours des phases d'accumulation et/ou de fusion desdits cristaux, ces moyens permettant le libre déplacement vertical en bloc du piston dans ladite enceinte au cours de ces deux phases.

Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte une enceinte de cristallisation et une enceinte de stockage séparées, et des moyens d'arrosage et/ou de pulvérisation pour disperser uniformé¬ ment depuis le haut de l'enceinte lesdits cristaux sur toute sa sec¬ tion, ces moyens comportant au moins un organe distributeur monté en haut de l'enceinte de stockage et alimenté en liquide accumulateur de froid et caloporteur contenant un gel ou une suspension de consistance fluide de cristaux de ce liquide congelé, par un conduit débouchant

au-dessus du niveau libre du liquide accumulateur de froid et calopor¬ teur contenu dans l'enceinte de cristallisation.

Le dispositif comporte avantageusement des conduits agencés pour ame¬ ner vers les moyens d'arrosage et/ou de pulvérisation du liquide accumulateur de froid et caloporteur, un mélange de ce liquide ré¬ chauffé, prélevé à la sortie du circuit d'utilisation Ec, et de ce liquide refroidi, prélevé au bas de l'enceinte de stockage et/ou prélevé à la sortie d'une enceinte de cristallisation.

Selon une autre forme de réalisation, le dispositif peut comporter des conduits agencés pour amener du liquide accumulateur de froid et caloporteur réchauffé, prélevé à la sortie du circuit d'utilisation Ec, vers des moyens d'injection de fluide frigorigène où ce liquide est refroidi par la vaporisation de fluide frigorigène avec lequel il est mis en contact, avant d'être dispersé sur la surface du piston par les moyens d'arrosage et/ou de pulvérisation du liquide accumulateur de froid et caloporteur.

Selon une autre variante de réalisation du dispositif selon l'inven¬ tion, les moyens pour disperser uniformément depuis le haut de ladite enceinte lesdits cristaux de liquide accumulateur de froid et calopor¬ teur congelé, peuvent comporter au moins un in ecteur disposé dans l'espace surmontant la surface supérieure du piston, cet injecteur comportant des moyens pour engendrer un jet central de fluide frigori¬ gène au moins partiellement à l'état liquide entouré d'un Jet coaxial de liquide accumulateur de froid et caloporteur, ces moyens étant agencés pour engendrer une neige mouillée de cristaux de ce liquide congelé.

Selon une forme de réalisation avantageuse du dispositif selon l'in¬ vention, les moyens pour disperser uniformément depuis le haut de l'enceinte lesdits cristaux de liquide accumulateur de froid et calo¬ porteur congelé, comportent un mélangeur agencé pour mélanger à ce liquide sous pression du fluide frigorigène sous pression et au moins une rampe de détente pour injecter ce mélange dans ledit espace conte¬ nant du fluide frigorigène à l'état gazeux.

Selon une variante particulière de réalisation du dispositif selon l'invention, les moyens pour déposer uniformément depuis le haut lesdits cristaux de liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé peuvent comporter des moyens pour engendrer une pluie compor¬ tant des particules de fluide frigorigène liquide et des particules de liquide accumulateur de froid et caloporteur et de cristaux de ce liquide, ces moyens étant disposés dans ledit espace surmontant la surface supérieure du piston et comprenant au moins un organe pour pulvériser uniformément dans cet espace, du liquide accumulateur de froid et caloporteur pour former une pluie et/ou un brouillard de gouttelettes fines de ce liquide, et au moins un organe injecteur pour injecter du fluide frigorigène au moins partiellement à l'état liquide dans cette atmosphère.

Les parois latérales intérieures de l'enceinte de stockage sont de préférence revêtues d'une couche d'un matériau antiadhérent aux cris¬ taux de liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé.

Selon une autre forme de réalisation avantageuse, l'organe de distri¬ bution connecté au conduit d'amenée de liquide accumulateur de froid et caloporteur refroidi dans l'enceinte de cristallisation ou d'un mélange de ce liquide refroidi avec du liquide réchauffé dans le circuit d'utilisation, est également connecté, par un conduit de dérivation à la conduite de retour, pour permettre d'amener sélec¬ tivement audit organe de distribution, soit du liquide accumulateur de froid et caloporteur réchauffé dans le circuit d'utilisation, soit du liquide refroidi dans l'enceinte de cristallisation, soit un mélange de ce liquide refroidi avec du liquide réchauffé dans le circuit d'utilisation Ec, soit une suspension ou un gel de consistance fluide constitué d'un mélange de liquide refroidi et de cristaux de ce li¬ quide à l'état congelé générés dans l'enceinte de cristallisation.

La présente invention sera mieux comprise en référence à la descrip¬ tion d'exemples de réalisation et du dessin annexé, dans lequel :

La figure 1 représente une vue schématique d'une première forme de réalisation du dispositif selon l'invention,

La figure 2 représente une vue schématique d'une deuxième forme de réalisation du dispositif selon l'invention.

La figure 3 représente des moyens permettant notamment de générer une neige mouillée faite de cristaux de liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé,

La figure 4 représente des moyens pour générer une neige fine de cristaux de liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé,

La figure 5 représente d'autres moyens pour générer une neige mouillée de cristaux liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé, et

La figure 6 représente une forme de réalisation particulière des enceintes du dispositif selon l'invention.

La figure 1 illustre une première forme de réalisation du dispositif de génération, d'accumulation et de stockage du froid qui comporte essentiellement une enceinte de stockage 10, entourée d'une gaine d'isolation thermique 11 et contenant un liquide congelable 12 accumu¬ lateur de froid, par exemple de l'eau, qui sert également de liquide caloporteur dans un circuit d'utilisation Ec (représenté partielle¬ ment), comprenant au moins un échangeur de chaleur, et comportant un conduit de sortie 13 de liquide accumulateur de froid et caloporteur et un conduit de retour 14 de ce liquide réchauffé. Ce dispositif comporte par ailleurs une enceinte de cristallisation 15, également entourée d'une gaine d'isolation thermique 16, et contenant le même liquide congelable 12 accumulateur de froid et caloporteur. L'enceinte de cristallisation est destinée à produire une suspension ou un gel de consistance liquide, de cristaux du liquide congelable 12 par injec¬ tion directe, dans ce liquide, d'un fluide frigorigène injecté au moins partiellement à l'état liquide, par un injecteur 17 relié à un détendeur 18 par l'intermédiaire d'un conduit 19, et disposé sensible¬ ment à la base de l'enceinte de cristallisation 15. D'une manière connue en soi, décrite dans les trois demandes de brevet de la deman¬ deresse déposées simultanément avec la présente demande, le fluide frigorigène est vaporisé à une hauteur hl en dessus de 1'injecteur 17

et à une distance h2 en dessous de la surface libre de la colonne de liquide accumulateur de froid et caloporteur contenu dans l'élément tubulaire 1. La vaporisation du fluide frigorigène crée par effet siphon un courant rapide de liquide accumulateur de froid et calopor¬ teur 12 en circuit fermé dans l'enceinte 15, et génère dans la masse de ce liquide des cristaux microscopiques de ce liquide congelé qui , grâce à ce courant rapide, forment avec ce liquide un gel ou une suspension de consistance fluide qui est propulsée comme le montre la flèche A à travers l'embouchure 20 d'un conduit 21, par une pompe 22 et une vanne antiretour 22 ' dont la sortie est connectée à un conduit de distribution 23 aboutissant au haut de l'enceinte de stockage 10.

Un conduit 24 est raccordé au haut des enceintes de stockage 10 et de cristallisation 15, et équilibre les pressions du fluide frigorigène à l'état gazeux dans ces enceintes. Le frigorigène gazeux récupéré au haut des enceintes 10 et 15 est aspiré dans le sens de la flèche B par un compresseur Cr puis liquéfié dans un condenseur Cd.

L'enceinte de stockage 10 se présente sous la forme d'un cylindre vertical , de section circulaire ou non , fermé aux deux extrémités et dont les parois latérales intérieures sont avantageusement équipées d'une couche d'un matériau antiadhérent aux cristaux, par exemple une laque en matière synthétique à surface lisse, destinée à faciliter le déplacement d'un piston 27 formé par le dépôt et par l'agrégation des cristaux microscopiques en suspension dans le liquide accumulateur de froid et caloporteur 12, engendrés dans l'enceinte de cristallisation 15. Ce piston se compose d'une couche supérieure 28 d'agrégats de cristaux secs ou faiblement imprégnés de liquide 12, disposée au- dessus du niveau libre 29 de ce liquide dans l'enceinte de stockage, et d'un amas 30 poreux, compact d'agrégats de cristaux imprégnés de liquide 12, disposé au-dessous dudit niveau libre 29.

Ce piston est le résultat du dépôt uniforme, s'étendant sur toute la section horizontale de l'enceinte, des cristaux microscopiques conte¬ nus dans le mélange homogène de consistance fluide de ces cristaux avec le liquide accumulateur de froid et caloporteur et en suspension dans ce liquide, au moyen de distributeurs 31 , par exemple des têtes

d'arrosage et/ou de pulvérisation. Etant donné que le piston 27 est une masse poreuse, les cristaux contenus dans cette suspension sont retenus et forment des agrégats rigides directement à la surface supé¬ rieure 32 de la masse 28, et le liquide est drainé à travers cette masse 28, usqu'au niveau libre 29. Pendant la phase d'accumulation, l'enceinte de cristallisation produit le gel ou la suspension de consistance fluide, dont la concentration en cristaux est avanta¬ geusement comprise entre 0,1 et 2% et inférieure à 25%, qui est injec¬ tée à travers les distributeurs 31 dans l'espace 33, surmontant la surface supérieure du piston 27 sous forme d'une pluie ou d'un brouil¬ lard. Comme les cristaux répandus par les distributeurs 31 s'accumu¬ lent à la surface supérieure 32 de la masse 28, l'ensemble du piston 27 a tendance à s'enfoncer progressivement en bloc dans le liquide 12 contenu dans l'enceinte de stockage 10. Grâce au revêtement intérieur lisse et aux parois sensiblement verticales de l'enceinte de sto¬ ckage, le piston 27 peut se déplacer librement en bloc vers le bas de l'enceinte dans le sens de la flèche M, pendant la phase d'accumula¬ tion de froid, ce déplacement en bloc permettant de maintenir l'inté¬ grité de la structure du piston en évitant notamment la formation de fissures ou d'autres espaces libres dans la masse du piston.

Dans la phase de restitution du froid accumulé dans l'enceinte de stockage, le piston 27 qui se résorbe peu à peu, aura tendance à se déplacer verticalement vers le haut dans le sens de la flèche N. Comme lors de la phase d'accumulation, le déplacement du piston s'ef¬ fectue en bloc pour éviter la formation de fissures, de cassures etc., grâce à la forme cylindrique des parois de l'enceinte et, le cas échéant, grâce au revêtement antiadhérent de la surface intérieure de ces parois.

Pendant cette phase, la fusion des cristaux peut créer des inhomogé¬ néités dans la zone supérieure du piston. La masse inférieure consti¬ tue un véritable filtre retenant les cristaux éventuellement détachés au cours de cette fusion, de sorte que le piston reste constitué dans son ensemble et se déplace en bloc.

Lors de la formation du piston, il est impératif de répartir le gel ou

la suspension chargée de cristaux de liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé, de manière uniforme pour éviter toute formation de creux, de cavernes susceptibles par la suite de favoriser la forma¬ tion de passages privilégiés à travers le piston et pour assurer une épaisseur et une hauteur uniformes du piston. Au cours de la phase de restitution, il est également avantageux de répartir uniformément, par exemple sous la forme d'une pluie fine, le liquide réchauffé sur toute la surface supérieure du piston 27 de telle manière que la fusion s'effectue par le haut du piston, de sorte que le liquide réchauffé soit contraint de traverser la masse poreuse du piston 27 avant d'être à nouveau réinjecté dans le circuit d'utilisation Ec.

Selon un mode de réalisation avantageux, le conduit de retour 14 du circuit d'utilisation comprend une première conduite 14a débouchant au haut de l'enceinte de stockage 10 et pourvue d'une série de distribu¬ teurs 34, par exemple en forme de têtes d'arrosage et/ou de pulvérisa¬ tion, conçus pour répartir uniformément le liquide réchauffé, en provenance de l'échangeur de chaleur Ec, sur la surface supérieure 32 du piston 27, et une seconde conduite 14b débouchant au bas de l'en¬ ceinte de cristallisation 15. La conduite 14a est pourvue d'une vanne 14'a et la conduite 14b est équipée d'une vanne 14'b, qui permettent de dévier indépendamment la totalité du liquide réchauffé sur l'une ou l'autre de ces conduites, ou de séparer le flux de retour sélective¬ ment entre ces deux conduites. Ces vannes, connues en soi, sont soit manuelles, soit à commande électrique ou pneumatique.

Un conduit de dérivation 14"a peut être raccordé au conduit 23 portant l'organe de distribution 31. De ce fait, cet organe de distribution 31 est alimenté sélectivement soit par le mélange de consistance fluide de cristaux et de liquide, soit par le liquide réchauffé en provenance du circuit d'utilisation Ec.

Le conduit de sortie 13 vers le circuit d'utilisation, ménagé au bas de l'enceinte de stockage 10 est connecté à l'entrée d'une pompe 35, dont la sortie se divise, en deux conduites 13a et 13b. La conduite 13a équipée d'une vanne 13'a définit l'entrée proprement dite du circuit d'utilisation. La conduite 13b se divise en deux branches 13c

et 13d dont la première 13c , équipée d'une vanne 13'c, débouche au bas de l'enceinte de cristallisation 15, en vue d'y injecter, si nécessaire, du liquide à congeler, et dont la seconde 13d, équipée d'une vanne 13'd et d'une vanne antiretour 13' 'd, est raccordée au conduit de distribution 23 défini précédemment. ^• Ces différentes con¬ duites permettent de dériver sélectivent le liquide refroidi prélevé à la base de l'enceinte de stockage 10 vers le circuit d'utilisation, la zone inférieure de l'enceinte de cristallisation 15 et/ou la zone supérieure de l'enceinte de stockage 10.

Pour éviter l'obturation accidentelle du conduit 13 en fin d'accumula¬ tion de froid, l'enceinte de stockage 10 comporte avantageusement une grille 36 ménagée en dessous du piston 27.

Le circuit du fluide frigorigène comprend le conduit 24 mentionné précédemment raccordé au compresseur Cr, lui-même relié au condenseur Cd dont la sortie définie par la flèche C est connectée à un conduit de distribution 37 qui alimente le ou les injecteurs 17 à travers la vanne de détente réglable 18 ainsi qu'une rampe de pulvérisateurs 38 à travers une vanne réglable 39 qui permet, le cas échéant, de régler le débit de frigorigène, d'injecter ou de couper cette alimentation. Cette rampe de pulvérisateurs permet de pulvériser ou d'arroser du fluide frigorigène liquide sur la surface supérieure du piston 27, en vue d'une solidification complémentaire de la masse de cristaux dans la zone supérieure de ce piston.

Un élément tubulaire 1 est monté à l'intérieur de l'enceinte de cris¬ tallisation 15 et cet élément est surmonté d'un déflecteur 2. Cet élément tubulaire forme une cheminée centrale qui permet de canaliser le courant ascendant, représenté par la flèche D, de liquide ref oidi, chargé de cristaux microscopiques en suspension de ce liquide congelé, ainsi que le courant descendant, représenté par les flèches E. Le courant ascendant D est engendré par effet syphon par la vaporisation du fluide frigorigène dans la zone supérieure de hauteur h2 où se forment des bulles de vapeur de ce fluide. Une faible partie A de ce courant est aspirée par la pompe 22 et la plus grande partie, repré¬ sentée par les flèches F, est recyclée à l'intérieur de l'élément

tubulaire 1. Le déflecteur 2 d'une part, et le fait de disposer l'em¬ bouchure 20 dans la zone médiane ou inférieure de l'enceinte de cris¬ tallisation 15 permettent d'assurer un dégazage maximal du liquide, c'est-à-dire une séparation efficace du fluide frigorigène à l'état vapeur du liquide.

Le fait de mélanger au gel ou à la suspension fluide sortant de la pompe 22 du liquide provenant de la conduite 13d permet, lors des phases d'accumulation, de doser la concentration en cristaux de la suspension injectée par les distributeurs 31 dans la phase d'accumula¬ tion.

Le dispositif décrit ci-dessus peut fonctionner selon plusieurs modes distincts :

1. Accumulation de froid sans restitution :

Les pompes 35 et 22 sont enclenchées de même que le compresseur Cr. Les vannes 13'a et 13'd sont fermées ainsi que les vannes 14'a et 1 'b. La vanne 13'c est ouverte.

Le liquide prélevé au bas de l'enceinte 10 circule à travers l'enceinte de cristallisation 15.

2. Accumulation de froid avec restitution de froid à puissance réduite Tous les composants ci-dessus se trouvent dans le même état sauf les vannes 13'a qui est partiellement ouverte et 14'a qui est totalement ouverte.

On continue à déposer des cristaux dont une partie est fondue en vue de la restitution de froid à puissance réduite grâce à l'ouver¬ ture partielle de la vanne 13'a.

Une variante consiste à fermer la vanne 14'a et à ouvrir la vanne 1 'b. Dans ce cas, le liquide chaud injecté dans l'enceinte de cristallisation 15 réduit la quantité de cristaux engendrés dans cette dernière et déposés sur le piston.

3. Restitution de froid sans accumulation de froid :

La pompe 35 est enclenchée, la pompe 22 et le compresseur C_ sont déclenchés.

Les vannes 13'c, 13'd et 14'b sont fermées.

Les vannes 13'a et 14'a sont ouvertes.

Le liquide chaud provenant de l'échangeur de chaleur est répandu par les distributeurs 34.

4. Restitution de froid sans accumulation, mais avec production com¬ plémentaire du froid :

Les pompes 35 et 22 sont enclenchées de même que le compresseur C . Les vannes 13'c, 13'd et. 14'a sont fermées. Les vannes 13'a et 14'b sont ouvertes.

Dans ce cas, l'enceinte 15 sert à refroidir le liquide réchauffé dans l'échangeur de chaleur sans produire des cristaux.

Ce mode de fonctionnement est avantageux car d'une part, la produc¬ tion du froid pendant la phase de restitution se fait avec un rendement thermodynamique plus élevé que durant la phase d'accumu¬ lation parce que la vaporisation s'effectue à une température plus élevée, et d'autre part, il permet de réduire le dimensionnement de l'enceinte d'accumulation 10 pour une quantité maximum totale de froid absorbée par le circuit d'utilisation lors d'une phase de restitution . Cette réduction est notable lorsque la puissance de restitution de froid Pr est de l'ordre du double de la puissance de production de froid Pp dans l'enceinte de cristallisation 15.

5. Restitution de froid avec production complémentaire de froid et prérefroidissement du liquide :

Tous les composants se trouvent dans le même état que dans le cas 4 sauf la vanne 13'd qui est ouverte.

De ce fait, par mélange du liquide en provenance de la pompe 22 avec le liquide froid prélevé à la base de l'enceinte 10, la tempe-

rature du fluide distribué par les distributeurs 31 se trouve abaissée ce qui, lors des phases de restitution du froid, améliore l'efficacité de refroidissement R(D) du liquide en abaissant la température 02 de ce liquide véhiculé vers l'échangeur de chaleur du circuit d'utilisation de froid.

Les figures 2 et 3 illustrent un moyen autre qu'une enceinte de cris¬ tallisation permettant d'engendrer des cristaux de liquide accumula¬ teur de froid et caloporteur congelé et de les répartir uniformément à la surface du piston formé à l'intérieur de l'enceinte de stockage 86 pour y former directement des agrégats rigides. Ces moyens comportent au moins une, mais de préférence plusieurs buses 84 constituées cha¬ cune par un corps 70 muni d'une ouverture 71 orientée vers ledit piston et comprenant une chambre 72 en communication avec ladite ouverture. Cette chambre contient un injecteur 73 raccordée par un conduit 74 à un conduit de distribution 75 de fluide frigorigène sous pression. La chambre 72 est par ailleurs raccordée par l'intermédiaire d'un conduit 76 à un conduit de distribution 77 de liquide accumula¬ teur de froid et caloporteur sous pression, ce conduit étant isolé thermiquement par une gaine 78. L'injecteur 73 engendre un jet 79, relativement fin, de fluide frigorigène au moins partiellement à l'état liquide. Ce Jet est orienté vers l'ouverture 71 et est entouré d'un Jet coaxial 80 de liquide accumulateur de froid et caloporteur. Ce liquide alimente la chambre 72 a une température suffisante pour éviter le givrage de l'injecteur 73. A la sortie de l'ouverture 71, le fluide frigorigène s'évapore et provoque la congélation du liquide accumulateur de froid et caloporteur sous la forme d'une neige mouil¬ lée qui s'étale uniformément à la surface supérieure du piston. L'at¬ mosphère surmontant le piston est faite de fluide frigorigène à l'état gazeux, et est recueillie par un conduit d'évacuation approprié, monté à l'extrémité supérieure de l'enceinte de stockage et raccordé par exemple à l'aspiration d'un compresseur Cr.

En référence à la figure 2, en réglant l'ouverture et la fermeture des vannes 81, 82 et 83 respectivement montées sur le circuit du fluide frigorigène et celui du liquide accumulateur de froid et caloporteur, on peut obtenir les modes de fonctionnements suivants :

1. Accumulation de froid par génération de neige sans restitution de froid lorsque la vanne 83 est fermée et les vannes 81 et 82 sont pleinement ouvertes et lorsque le compresseur Cr et la pompe Pc sont enclenchés.

2. Accumulation de froid avec restitution de froid au circuit d'utilisation à puisance réduite lorsque les vannes 81 et 82 sont ouvertes comme précédemment, et la vanne 83 montée sur le con¬ duit 87 partiellement ouverte et lorsque le compresseur Cr et la pompe Pc sont enclenchés.

3. Restitution de froid sans accumulation, sans prérefroidisse¬ ment du 'liquide accumulateur de froid et caloporteur et sans production auxiliaire de froid, lorsque les vannes 81 et 82 sont fermées, et lorsque le compresseur Cr est déclenché et la pompe Pc est enclenchée.

Le liquide est chauffé dans le circuit d'utilisation et pulvérisé par les buses 84 sous forme d'une pluie de liquide réparti uni¬ formément sur la surface supérieure du piston 85.

4. Restitution sans accumulation avec production auxiliaire de froid lorsque la vanne 81 est ouverte, la vanne 82 fermée et la vanne 83 pleinement ouverte, le compresseur Cr et la pompe Pc enclenchés.

Le débit de liquide chaud provenant du circuit d'utilisation est alors suffisamment élevé pour prévenir sa congélation partielle par le fluide frigorigène liquide qu'il vaporise dans les buses 84, tout en se refroidissant, avant d'arroser la surface supé¬ rieure du piston 85 par une pluie fine.

5. Accumulation de froid sans restitution avec solidification complémentaire du piston, lorsque la vanne 83 est fermée, la vanne 82 est partiellement ouverte et la vanne 81 est ouverte, le compresseur Cr et la pompe Pc étant enclenchés.

Les débits respectifs du fluide frigorigène et du liquide accumu-

lateur de froid et caloporteur sont alors tels qu'un excès de frigorigène liquide sous forme de particules accompagne la neige mouillée produite par les buses 84 et arrose la surface supé¬ rieure du piston 65 en même temps que la pluie de neige qui 1'arrose.

Ainsi on engendre une solidification supplémentaire des couches supérieures du piston 85 comme indiqué en référence à la descrip¬ tion de la figure 1.

6. Restitution de froid sans production complémentaire de froid avec prérefroidissement du liquide accumulateur de froid et calo¬ porteur.

La vanne 81 est fermée et les vannes 82 et 83 sont ouvertes. Le compresseur Cr est déclenché, et la pompe Pc est enclenchée. Du liquide froid transmis par la vanne 82 est mélangé au liquide chaud provenant du circuit d'utilisation Ec, ce qui prérefroidit ce dernier avant sa pulvérisation et son passage à travers le piston 85 et abaisse, comme expliqué précédemment en référence à la fig. 1, la température 02 du liquide envoyé vers l'échangeur de chaleur.

Une variante de cette réalisation est représentée par la fig. 4. Un injecteur de fluide frigorigène 90 engendre par la vaporisation de ce fluide au sommet de l'enceinte de stockage 91, au-dessus du piston de cristaux de liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé (non représenté) , une atmosphère gazeuse froide dans laquelle on injecte du liquide accumulateur de froid et caloporteur amené par un conduit 92 thermiquement isolé par une gaine d'isolation 93 et pulvérisé à tra¬ vers une série de pulvérisateurs 94. Ces moyens permettent d'engendrer une neige fine, composée d'un mélange de cristaux de ce liquide conge¬ lé et de fines gouttelettes de ce liquide et de fluide frigorigène liquide, qui se dépose sur la surface supérieure du piston sur laquel¬ le ces cristaux forment directement lesdits agrégats rigides.

Un autre moyen de génération de neige mouillée est illustré par la figure 5. Un conduit d'alimentation 100 en liquide accumulateur de

froid et caloporteur réchauffé prélevé à la sortie du circuit d'utili¬ sation, est connecté à un distributeur pulvérisateur 101 représenté schéraatiquement et disposé au haut d'une enceinte d'accumulation (non représentée). Un conduit 102 permet d'injecter du fluide frigorigène au moins partiellement à l'état liquide provenant d'un détendeur 103, dans le conduit 100 pour permettre la pulvérisation d'un mélange liquide accumulateur de froid et caloporteur et fluide frigorigène à l'état liquide par le distributeur-pulvérisateur 101.

Les conduits 100 et 102 peuvent être avantageusement agencés pour que ledit mélange soit produit sous forme d'une émulsion de particules microscopiques de liquide frigorigène dispersées dans le liquide accu¬ mulateur de froid- et caloporteur. La formation de cette émulsion peut être facilitée par l'addition à très faible concentration d'un agent émulsionnant dans ce liquide. Cette émulsion a pour objet d'intensi¬ fier et de faciliter la vaporisation du fluide frigorigène dans l'es¬ pace rempli de frigorigène gazeux et par là d'élever le rendement thermodynamique de l'installation. Pour éviter les risques de givrage des orifices du distributeur-pulvérisateur 101, il peut être avanta¬ geux d'injecter un manteau de liquide accumulateur de froid et calo¬ porteur pur entourant coaxialeraent chacun des jets du mélange injecté et détendu dans l'espace susmentionné, pour les isoler thermiquement des parois des orifices, comme c'est aussi le cas avec les buses 70 décrites en référence à la fig. 4.

Les modes de fonctionnement de ces trois variantes sont les mêmes que ceux de l'installation illustrée par la figure 2.

La figure 6 illustre un mode de réalisation des enceintes d'accumula¬ tion illustrées dans toutes les variantes décrites précédemment. Elles sont constituées par au moins une enceinte 110 en maçonnerie ou simi¬ laire, par exemple en béton armé, de forme parallélépipédique. Cette enceinte 110 est disposée de préférence en sous-sol ou enterrée et isolée thermiquement sur ses parois extérieures par des panneaux 111. L'étanchéité nécessaire de l'enceinte est réalisée par le revêtement intérieur des parois au moyen d'un matériau synthétique. Les organes de distribution 112, portés par une cloche 113 qui permet également un

accès à l'intérieur de l'enceinte, assurent la pulvérisation et/ou l'arrosage uniforme de la surface supérieure du piston 115, comme indiqué précédemment en référence aux figures 1 à 5, par du liquide réchauffé provenant d'un circuit d'utilisation et/ou des mélanges de consistance fluide cristaux de ce liquide et de ce liquide générés par vaporisation du fluide frigorigène. Ces organes 112 comprennent des tubulaires d'évacuation du fluide frigorigène gazeux dégagé dans l'en¬ ceinte d'accumulation 110. Ce système présente l'avantage d'éviter le transport coûteux et la fabrication sur place d'enceintes métalliques étanches. Grâce à la forme parallélépipédique du piston, on obtient une capacité maximale d'accumulation par unité d'espace utilisé.

La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrite mais peut subir différentes modifications et se présenter sous diverses variantes évidentes pour l'homme de l'art.