La présente invention concerne un procédé pour générer du froid et pour l'utiliser soit directement, soit indirectement après stockage momentané et restitution, dans lequel on effectue un refroidissement et/ou une congélation partielle d'un liquide accumulateur de froid et caloporteur remplissant partiellement au moins une enceinte de réfri¬ gération, en procédant à une injection liquide dans une masse dudit liquide accumulateur de froid et caloporteur, contenue dans ladite enceinte de réfrigération, et à une vaporisation de ce fluide frigori¬ gène directement dans ce liquide, et en recueillant le fluide frigori¬ gène à l'état gazeux à la partie supérieure de cette enceinte, au- dessus d'une surface libre du liquide accumulateur de froid et calo¬ porteur, et dans lequel on prélève du liquide accumulateur de froid et caloporteur dans cette enceinte, et on le véhicule dans un circuit d'utilisation de froid et/ou vers au moins une enceinte de stockage de froid, puis on le réintroduit dans ladite enceinte de réfrigération.

Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant au moins une enceinte de réfrigération contenant un liquide accumulateur de froid et caloporteur, remplissant partiel¬ lement cette enceinte, des moyens pour injecter et vaporiser un fluide frigorigène au moins partiellement à l'état liquide dans une masse de ce liquide accumulateur de froid et caloporteur, des moyens pour recueillir le fluide frigorigène à l'état gazeux à la partie supé¬ rieure de cette enceinte, au-dessus d'une surface libre du liquide accumulateur de froid et caloporteur, et des moyens pour prélever du liquide accumulateur de froid et caloporteur dans cette enceinte et pour le véhiculer dans un circuit d'utilisation de froid et/ou vers au moins une enceinte de stockage de froid, puis pour le réintroduire dans ladite enceinte de réfrigération.

Ces dernières années, différents procédés de génération et d'accumula¬ tion de froid ont été développés pour tenter de résoudre le problème posé par le fait que le graphique d'utilisation du froid dans une installation est généralement irrégulier et passe souvent par un

maximum momentané. Dans un procédé de génération et d'accumulation de froid particulièrement avantageux décrit dans le brevet suisse No. 628.-417 déposée le 6.01.1978, on produit des cristaux d'un liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé, -ce liquide étant géné¬ ralement constitué par de l'eau ou par une solution aqueuse -, dans une masse de ce liquide contenue dans une enceinte de cristallisation en vaporisant un fluide frigorigène injecté dans cette masse de li¬ quide, tout en recueillant et en aspirant ce fluide frigorigène à l'état gazeux au haut de cette enceinte de cristallisation au-dessus de la surface libre de cette masse liquide. Le mélange de liquide accumulateur de froid et caloporteur et de cristaux de ce liquide congelé ainsi formé est amené dans une enceinte de stockage de froid où l'on accumule ces cristaux sous forme d' un amas solide imprégné de liquide.

Un premier problème rencontré avec ce procédé est que les cristaux microscopiques produits dans 1'.enceinte de cristallisation, dont la masse spécifique est inférieure à celle du liquide accumulateur de froid et caloporteur, tendent à s'agglomérer et à s'accumuler par décantation au voisinage de la surface libre du liquide accumulateur. Il en résulte le risque qu'un bouchon de cristaux agglomérés se forme au voisinage de la surface libre du liquide accumulateur contenu dans l'enceinte de cristallisation. Ce bouchon remplit rapidement l'espace de l'enceinte surmontant l'injecteur, ce qui contrarie la vaporisation du fluide frigorigène et/ou nécessite son interruption.

Un deuxième problème rencontré avec ce procédé provient de la diffi¬ culté de transporter lesdits cristaux et/ou de les accumuler sous forme d'un amas poreux, homogène et compact, car ces cristaux forment avec le liquide accumulateur prélevé dans l'enceinte un mélange hété¬ rogène, de consistance partiellement solide, d'agglomérats de cristaux de grandes dimensions pouvant aller jusqu'à plusieurs cm, ces agglomé¬ rats étant produits dans la masse du liquide accumulateur de froid et caloporteur et/ou détachés du bouchon susmentionné.

Un troisième problème rencontré avec ce procédé est qu'une partie du fluide frigorigène gazeux injecté et/ou produit par vaporisation dans

l'enceinte de cristallisation risque d'être entraînée avec le liquide accumulateur de froid et caloporteur, contenant lesdits cristaux, prélevé dans l'enceinte pour être véhiculé vers un circuit d'échange de froid, directement ou après son passage dans une enceinte de sto¬ ckage de froid. Il en résulte des inconvénients multiples, dont la nécessité de purger fréquemment les différents éléments du circuit parcouru par le mélange véhiculé.

Un quatrième problème rencontré avec ce procédé est que les systèmes connus qui le mettent en oeuvre sont confrontés au problème du givrage de l'injecteur du fluide frigorigène. Ce givrage est observé à l'exté¬ rieur de l'injecteur qui est immergé dans la masse de liquide accumu¬ lateur de froid et caloporteur, mais aussi en partie à l'intérieur du corps de l'injecteur lorsque le fluide frigorigène contient une pro¬ portion même infime de ce liquide accumulateur et caloporteur. Divers moyens mécaniques ou thermiques sont actuellement utilisés pour dégi¬ vrer périodiquement l'injecteur. Toutefois, ces moyens courants abais¬ sent le rendement thermodynamique de l'installation et sont coûteux et peu fiables. En outre, ils nécessitent l'interruption périodique du cycle de production de froid, ce qui diminue la puissance frigorigène moyenne de l'installation.

La présente invention a pour objet la mise à disposition d'un procédé et d'un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé permettant de pallier l'ensemble des inconvénients mentionnés ci-dessus.

Elle a pour premier objet de maintenir dans toute la masse de liquide accumulateur de froid et caloporteur où sont générés lesdits cristaux un gel ou une suspension de cristaux homogène, de consistance fluide en prévenant la formation de bouchons et/ou d'autres agglomérats de cristaux de consistance solide.

Elle a pour deuxième objet d'assurer, dans une enceinte de réfrigéra¬ tion contenant un liquide accumulateur de froid et caloporteur refroi¬ di et/ou partiellement congelé par vaporisation directe d'un fluide frigorigène dans la masse de ce liquide, une bonne séparation du fluide frigorigène gazeux de ladite masse de liquide au voisinage de

la surface libre de cette masse de liquide.

Elle a également pour objet de permettre de véhiculer efficacement et économiquement ledit gel ou ladite suspension de cristaux, sans em¬ ployer des pompes de circulation, vers une enceinte d'accumulation de ces cristaux en vue du stockage de froid, cette enceinte pouvant être ou non confondue avec l'enceinte de cristallisation.

Elle a enfin comme objet de supprimer le risque de givrage du ou des in ecteurs du fluide frigorigène et d'éviter à l'utilisateur la contrainte d'arrêter régulièrement l'installation pour procéder à un tel dégivrage.

Ces buts sont atteints par le procédé selon l'invention, caractérisé en ce que l'on engendre dans ladite enceinte, un courant de liquide en circuit hydraulique fermé, ce courant comportant au moins un courant ascendant de liquide accumulateur de froid et caloporteur localisé sensiblement au-dessus d'une zone d'injection de fluide frigorigène au moins partiellement à l'état liquide, localisée sur une portion de la section horizontale de l'enceinte, et au moins un courant descendant essentiellement constitué de liquide accumulateur de froid et calopor¬ teur dépourvu de fluide frigorigène à l'état gazeux, ce courant en circuit hydraulique fermé étant produit par un effet siphon et provo¬ qué par l'abaissement de la densité moyenne du mélange de liquide et de bulles de fluide frigorigène vaporisé au-dessus de ladite zone d'injection.

On règle avantageusement le débit d'injection dudit fluide frigorigène de telle manière que sa vaporisation engendre un gel ou une suspension fluide et homogène de cristaux de liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé dans la masse de liquide en mouvement.

Ledit courant ascendant est de préférence engendré de telle manière que sa vitesse 3oit un multiple de la vitesse de décantation spontanée desdits cristaux en suspension lorsque le liquide accumulateur de froid et caloporteur est immobilisé.

Ledit courant descendant est avantageusement engendré de telle manière que sa vitesse soit inférieure à la vitesse de décantation spontanée desdits cristaux en suspension lorsque le liquide est immobilisé, de manière à accumuler lesdits cristaux sous la forme d'une masse poreuse compacte dans la zone du courant descendant, tout en laissant ce liquide traverser cette masse en se débarrassant des cristaux qu'il contenait en suspension avant de retourner au bas de la zone du cou¬ rant ascendant, dans laquelle il se recharge desdits cristaux produits par la vaporisation de fluide frigorigène. Selon un mode de réalisa¬ tion particulier, on engendre ledit courant descendant de telle ma¬ nière que sa vitesse soit un multiple de ladite vitesse de décantation spontanée.

Pour réaliser ledit effet siphon, on maintient avantageusement la concentration voluraétrique de bulles entre 10 et 70Î dans ledit cou¬ rant ascendant, en ajustant le débit de fluide frigorigène liquide injecté en fonction du débit de ce courant ascendant. Pour obtenir cette concentration volumétrique de bulles, ce débit est ajusté pour vaporiser, de préférence, dans ledit courant ascendant entre 150 et 3'000 m ^* -- ^* de fluide frigorigène gazeux par heure et par m ² de section de ce courant ascendant correspondant à une puissance frigorifique approximativement comprise entre 40'000 et 800'000 KFrig/h.m ² . La vitesse dudit courant ascendant est avantageusement comprise entre 0,05 et 2 m/s. La vitesse dudit courant descendant est avantageusement comprise entre 0,05 et 2 m/s. On maintient avantageusement la pression P _v de vaporisation du fluide frigorigène à une valeur comprise entre 1 et 2 bars et l'on maintient la pression P C_l d'aspiration du fluide frigorigène à l'état gazeux au haut de ladite enceinte, à une valeur au moins approximativement voisine de 1 à 1,5 bars. Selon un premier mode de réalisation, on règle le débit du fluide frigorigène vaporisé dans ledit courant ascendant et le débit du liquide accumulateur de froid et caloporteur prélevé dans ladite enceinte, de manière que la concentration desdits cristaux dans le gel ou la suspension soit comprise entre 0,1 et 2% . Selon un deuxième mode de réalisation, on règle le débit du fluide frigorigène vaporisé dans ledit courant ascendant et le débit du liquide prélevé dans ladite enceinte, de manière que la concentration desdits cristaux dans le gel ou la sus-

pension soit comprise entre 2 et 25%.

Selon un mode de réalisation particulier, on peut prélever le liquide accumulateur de froid et caloporteur dans la zone du courant descen¬ dant et/ou dans la zone de courant ascendant, pour le faire circuler en circuit fermé à travers un circuit d'utilisation comportant au moins un échangeur de chaleur et le réinjecter dans l'enceinte.

Selon un autre mode de réalisation, on peut prélever le liquide accu¬ mulateur de froid et caloporteur dans ladite enceinte de réfrigéra¬ tion, dans la zone du courant descendant et/ou dans la zone de courant ascendant, et on le transfère dans une enceinte de stockage de froid séparée contenant également du liquide accumulateur de froid et calo¬ porteur, de manière à accumuler lesdits cristaux sous la forme d'une masse poreuse compacte dans cette enceinte de stockage, tout en lais¬ sant ce liquide traverser cette masse en se débarrassant des cristaux qu'il contenait en suspension avant de retourner au bas de- la zone du courant ascendant, dans laquelle il se recharge desdits cristaux produits par la vaporisation de fluide frigorigène.

Ledit courant ascendant est avantageusement engendré dans au moins un élément tubulaire vertical disposé dans l'enceinte de réfrigération et associé à au moins un injecteur de fluide frigorigène au moins par¬ tiellement à l'état liquide, cet injecteur étant disposé à l'intérieur de cet élément tubulaire. On provoque dans ce cas la vaporisation de ce fluide frigorigène à l'intérieur de cet élément, par contact direct avec le liquide accumulateur de froid et caloporteur, pour refroidir ce liquide et engendrer un gel ou une suspension fluide de cristaux de ce liquide congelé et on déverse ledit liquide sous ladite forme de gel ou de suspension fluide dans l'enceinte au haut dudit élément tubulaire vertical. Le fluide frigorigène à l'état gazeux est recueil¬ li au haut de l'enceinte.

Dans le cas où ledit liquide de l'enceinte contient un gel ou une suspension de cristaux de ce liquide congelé, on maintient sans inter¬ ruption, dans tout ledit circuit fermé, un écoulement turbulent dudit liquide.

Pour résoudre le problème du givrage de l'injecteur, l'on maintient la pression du fluide frigorigène et du liquide accumulateur de froid et caloporteur au voisinage d'une zone d'injection de ce fluide frigori¬ gène dans la masse de ce liquide a une valeur supérieure à la pression de vapeur saturante du fluide frigorigène, évaluée à la température de congélation du liquide accumulateur de froid et caloporteur, et l'on maintient la pression du fluide frigorigène gazeux au-dessus de ladite surface libre de ce liquide à une pression d'aspiration inférieure à cette pression de vapeur saturante.

Selon un mode de réalisation avantageux, on effectue ladite injection dans une zone de l'enceinte de réfrigération où la pression hydrostatique du liquide accumulateur de froid et caloporteur, augmenté de la pression d'aspiration du fluide frigorigène gazeux au- dessus de la surface libre dudit liquide, est supérieure à ladite pression de vapeur saturante, la vaporisation du fluide frigorigène se produisant dans la masse de liquide accumulateur de froid et caloporteur en mouvement ascensionnel à une hauteur supérieure à celle de la zone d'injection. Dans ce cadre, on maintient de préférence ladite pression d'aspiration à une valeur inférieure de 0.2 à 0.8 bar à ladite pression de vapeur saturante du fluide frigorigène évaluée à la température de congélation du liquide accumulateur de froid et caloporteur.

On peut injecter le fluide frigorigène au bas d'une colonne verticale de liquide accumulateur de froid et caloporteur dont la hauteur est au moins telle que la pression totale de ce liquide, au voisinage de ladite zone d'injection, soit supérieure à la pression de vapeur saturante de ce fluide à ladite température de congélation.

On peut également effectuer l'injection du fluide frigorigène sous forme d'un Jet débouchant à l'intérieur d'un espace, situé à l'inté¬ rieur de ladite enceinte de réfrigération, rempli de liquide accumula¬ teur de froid et caloporteur maintenu à une pression P. supérieure à ladite pression de vapeur saturante P., et en ce que l'on forme un jet de ce liquide débouchant de cet espace dans la masse de liquide accu¬ mulateur de froid et caloporteur contenue à l'intérieur de ladite

enceinte, à une pression P-, inférieure à P _j , le jet dudit liquide entourant le jet de fluide frigorigène d'un manteau, isolant thermi- quement ce Jet du corps de l'injecteur. Ce et de liquide accumulateur de froid et caloporteur peut être coaxial au jet de fluide frigorigène et le débit du Jet de ce liquide est avantageusement supérieur au débit du jet de fluide frigorigène.

On notera que ce procédé de génération de froid n'est pas limité à une utilisation destinée au stockage de froid, mais peut également être employé avantageusement en vue du transport et de l'échange de froid dans un circuit d'utilisation au moyen d'un liquide accumulateur de froid et caloporteur contenant des cristaux de ce liquide à l'état congelé en suspension.

Dans ce cas, l'on fait de préférence circuler ledit liquide accumula¬ teur de froid et caloporteur en circuit fermé hors de l'enceinte de réfrigération en prélevant, dans cette enceinte, du liquide accumula¬ teur de froid et caloporteur chargé dudit gel ou de ladite suspension desdits cristaux de consistance fluide, en faisant circuler ce liquide à travers au moins un échangeur de chaleur, puis, en faisant retourner ce liquide dans ladite enceinte. Une partie au moins des cristaux sont fondus dans ledit échangeur, et on transfère ledit liquide vers l'en¬ ceinte de stockage en maintenant, de préférence sans interruption, un débit de liquide accumulateur de froid et caloporteur suffisant pour y assurer en tout point un écoulement turbulent entre les deux enceintes pour éviter la formation de bouchons de cristaux de glace agglomérés.

Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé tel que défini ci- dessus, est caractérisé en ce que lesdits moyens pour injecter et vaporiser le fluide frigorigène sont agencés pour injecter et vapori¬ ser ce fluide dans une partie limitée de la section horizontale de ladite enceinte de réfrigération, de manière à engendrer dans ladite enceinte de réfrigération, par effet siphon, un courant de liquide en circuit hydraulique fermé, ce courant comportant au moins un courant ascendant de liquide accumulateur de froid et caloporteur contenu dans l'enceinte de réfrigération, ce courant étant localisé sensiblement au-dessus desdits moyens pour injecter le fluide frigorigène et conte-

nant des bulles de fluide frigorigène vaporisé, et au moins un courant descendant essentiellement dépourvu de fluide frigorigène à l'état gazeu .

Selon un mode de réalisation avantageux, lesdits moyens pour injecter le fluide frigorigène comportent au moins un injecteur surmonté d'une colonne verticale de liquide accumulateur de froid et caloporteur dont la hauteur est au moins telle que la pression hydrostatique engendrée dans la zone d'injection, augmentée de la pression d'aspiration du frigorigène gazeux au haut de l'enceinte de réfrigération, est supé¬ rieure à la pression de vapeur saturante de ce fluide évaluée à la température de congélation dudit liquide.

Selon une autre forme de réalisation, l'enceinte de réfrigération comporte de préférence au moins un élément tubulaire constituant une cheminée verticale a parois cylindriques, ainsi que des moyens d'in¬ jection disposés à l'intérieur de cette cheminée verticale, cette cheminée étant ouverte à son extrémité inférieure pour permettre l'entrée de liquide accumulateur de froid et caloporteur, et à son extrémité supérieure pour permettre le déversement de ce liquide refroidi ou d'un gel ou d'une suspension composée de ce liquide et de cristaux de ce liquide congelé dans l'espace annulaire compris entre cet élément tubulaire et les parois verticales de l'enceinte. La section de l'élément tubulaire est de préférence semblable à la sec¬ tion dudit espace annulaire.

Lorsque le dispositif comporte une enceinte unique pour la génération et le stockage desdits cristaux, la section de l'élément tubulaire est avantageusement une fraction de la section dudit espace annulaire.

Selon un mode de réalisation avantageux pour permettre la résolution du problème de givrage, l'enceinte de réfrigération et lesdits moyens pour injecter le fluide frigorigène sont agencés pour maintenir la pression du liquide accumulateur de froid et caloporteur et du fluide frigorigène au voisinage de la zone d'injection, à une valeur supérieure à cette pression de vaporisation du fluide frigorigène, évaluée à la température de congélation du liquide accumulateur de

froid et caloporteur.

Selon un mode de réalisation avantageux, lesdits moyens pour injecter le fluide frigorigène comportent au moins un injecteur immergé dans la masse de liquide accumulateur de froid et caloporteur, contenue dans ladite enceinte, surmontée d'une colonne verticale de ce liquide, dont la hauteur est au moins telle que la pression hydrostatique engendrée dans la zone d'injection, augmentée de la pression d'aspiration du frigorigène gazeux, est supérieure à la pression de vapeur saturante de ce fluide, évaluée à la température de congélation du liquide accumulateur de froid et caloporteur .

L'enceinte comporte de préférence au moins un élément tubulaire constituant une cheminée verticale à parois cylindriques, ainsi que des moyens d'injection de fluide frigorigène disposés dans la partie inférieure de cette cheminée verticale.

Dans ce cas, l'extrémité supérieure de la cheminée verticale est disposée au-dessus du niveau libre de liquide accumulateur de froid et caloporteur congelable, contenu dans l'enceinte de réfrigération, et elle est surmontée d'un déflecteur agencé pour canaliser ledit liquide contenant des cristaux de ce liquide congelé en suspension et/ou pour prévenir l'entraînement de ce liquide par le fluide frigorigène gazeux aspiré au haut de l'enceinte de réfrigération par un compresseur.

Dans le cas où le dispositif comprend une première enceinte de réfrigération et une seconde enceinte de stockage du froid, les deux enceintes étant reliées entre elles par un circuit conçu pour véhiculer un mélange de liquide accumulateur de froid et caloporteur et de cristaux congelés de ce liquide, sous forme d'un gel ou d'une suspension de consistance fluide, les moyens pour injecter le fluide frigorigène sont disposés dans la partie inférieure de l'enceinte de réfrigération.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, lesdits moyens d'injection comportent une chambre connectée à une amenée de liquide accumulateur de froid et caloporteur sous pression et munie d'un

orifice de sortie débouchant dans l'enceinte de réfrigération, et une buse d'injection du fluide frigorigène dans cette chambre en direction de l'orifice de sortie, de manière que le jet de fluide frigorigène ainsi formé soit entouré d'une gaine de liquide accumulateur de froid et caloporteur en mouvement qui l'isole des parois de cette chambre.

Ladite buse peut être remplacée par une rampe d'injection constituée par un tube central pourvu d'une série d'orifices d'injection et entouré d'un tube coaxial muni d'une série d'orifices de sortie disposés en regard des orifices d'injection, ces orifices étant agencés deux à deux pour former une série d'injecteurs.

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

La figure 1 représente une forme de réalisation avantageuse du dispo¬ sitif selon l'invention dans lequel la génération et l'accumulation de froid s'effectuent dans une même enceinte.

La figure 2 représente une vue partielle schématique du dispositif selon l'invention dans lequel la génération de froid s'effectue dans une enceinte différente de celle dans laquelle s'effectue l'accumula¬ tion ,

La figure 3 représente une variante du dispositif de la fig. 2,

La figure 4 représente une forme particulière d'un injecteur de fluide frigorigène, et

La figure 5 représente une vue en coupe d'une rampe d'injecteurs de fluide frigorigène utilisable dans l'un quelconque des dispositifs illustrés par les figures 1 à 3.

La figure 1 illustre une première forme de réalisation d'un dispositif pour générer et utiliser du froid, qui comporte une enceinte de réfri¬ gération 10 entourée d'une gaine d'isolation thermique 11 et contenant

une masse 12 de liquide congelable accumulateur de froid qui sert également de caloporteur dans un circuit d'utilisation (non représen¬ té) , comprenant par exemple des échangeurs de chaleur, et équipée d'un conduit de sortie 13 de ce liquide froid et d'un conduit de retour 14 de ce liquide réchauffé dans le circuit d'utilisation. Un injecteur 15 de fluide frigorigène 16 est disposé à l'intérieur de l'enceinte 10 en dessous du niveau libre 20 de la masse 12 de liquide. Une bouche 17 d'aspiration de fluide frigorigène 15, à l'état gazeux, est ménagée à l'extrémité supérieure de cette enceinte.

Le circuit extérieur du fluide frigorigène comporte, par exemple, d'une manière connue en soi, un compresseur (non représenté) raccordé à la bouche d'aspiration 17 et un condenseur (non représenté) raccordé à l'injecteur 15, par l'intermédiaire d'une vanne réglable 18 permet¬ tant de régler le débit de fluide frigorigène injecté dans la masse de liquide accumulateur de froid et caloporteur 12 et par voie de consé¬ quence la puissance frigorifique de l'installation. L'injecteur a pour objet d'injecter du fluide frigorigène à l'état liquide ou partielle¬ ment liquide dans le liquide 12. La bouche d'aspiration 17 est ménagée à l'extrémité supérieure de l'enceinte 10 de telle manière qu'elle puisse recueillir le fluide frigorigène à l'état gazeux au-dessus du niveau libre 20 du liquide 12 a une pression d'aspiration inférieure à la pression de vapeur saturante P3 du fluide frigorigène.

L'injecteur 15 est disposé à l'intérieur d'un élément tubulaire 19 en forme de cheminée cylindrique, ouvert à ses deux extrémités, dont l'extrémité supérieure débouche au-dessus du niveau libre 20 du li¬ quide 12 contenu dans l'enceinte 10.

Dans l'exemple illustré, la pression exercée sur le fluide frigorigène au moment de son injection dans le liquide 12, est égale à la pression du fluide frigorigène gazeux remplissant le haut de l'enceinte 10 augmentée de la pression hydrostatique de la colonne de liquide sur¬ montant l'injecteur 15.

Cette pression est maintenue à une valeur supérieure à la pression de vapeur saturante Ps du fluide frigorigène évaluée à la température de

congélation du liquide 12 à laquelle se trouve ce dernier en raison de son passage dans la masse de cristaux comme décrit ci-après. Cette pression est ainsi suffisante pour empêcher la vaporisation du fluide frigorigène à l'état liquide immédiatement à la sortie de l'injecteur. De ce fait, on supprime tout risque de givrage des ori¬ fices et des parois internes et externes de l'injecteur.

Le fluide frigorigène, par exemple de l'isobutane ou de préférence de l'octafluorocyclobutane C4F8 désigné par R-C318, peut être soit tota¬ lement à l'état liquide, soit de préférence partiellement à l'état gazeux à sa sortie de la vanne de détente 18 selon sa température à son arrivée par la conduite 16 dans cette vanne 18. Les bulles de gaz, non représentées, accompagnant les gouttelettes 16a de frigorigène liquide sortant de l'injecteur 15 mettent en mouvement ascensionnel toute la colonne de liquide caloporteur et accumulateur de froid délimitée par l'élément tubulaire 19 et surplombant l'injecteur 15, entraînant ainsi ces gouttelettes 16a même si leur masse spécifique est supérieure à celle dudit liquide accumulateur (cas du R-C318). Pendant leur montée, les gouttelettes se vaporisent et d'autres bulles 16b se forment dans la colonne, au-dessus de l'injecteur 15, à l'en¬ droit où la pression est réduite à une valeur voisine de P_. Du fait de l'abaissement de la densité moyenne du liquide dans la colonne contenue dans l'élément 19 et provoqué par la présence des bulles, il se crée rapidement par effet siphon un courant ascendant à l'intérieur de l'élément tubulaire 19 et un courant descendant dans l'espace annu¬ laire situé entre l'élément tubulaire 10 et la paroi verticale de l'enceinte 10.

La vaporisation du fluide frigorigène dans la masse de liquide accumu¬ lateur contenue dans la cheminée 19 abaisse progressivement la tempé¬ rature de ce liquide jusqu'à sa température de congélation puis gé¬ nère, grâce à l'existence d'un courant ascendant de débit élevé, un gel ou une suspension 27 de cristaux microscopiques de liquide accumu¬ lateur de froid et caloporteur congelé, de consistance parfaitement fluide, et dont la concentration pondérale en cristaux est faible, de l'ordre d'une fraction de pour mille à quelques pour cent.

Grâce au fait que la vitesse du courant ascendant du liquide à l'inté¬ rieur de l'élément tubulaire 19 est supérieure à la vitesse de décan¬ tation spontanée des cristaux formant le gel ou la suspension 27 lorsque le liquide est immobilisé, celle-ci demeure homogène. Les cristaux contenus dans le gel ou la suspension 27 se séparent du liquide accumulateur de froid et caloporteur dans ledit espace annu¬ laire car la vitesse du courant descendant du liquide dans cet espace est inférieure à ladite vitesse de décantation spontanée desdits cristaux.

Ce résultat, essentiel au bon fonctionnement de l'installation comme accumulateur de froid, est obtenu en donnant à la section de l'élément tubulaire 19 une valeur qui est une fraction de celle de la section dudit espace annulaire.

Dans la pratique, lorsque l'on a déjà accumulé des cristaux dans l'enceinte 10, le niveau libre 20 du liquide accumulateur contenu dans l'enceinte définit une surface de séparation entre une couche poreuse supérieure 21 de cristaux quasiment secs de liquide accumulateur de froid et caloporteur congelé, constitué par exemple par de l'eau ou par une solution de sels minéraux dans l'eau ou une autre solution aqueuse, et une couche inférieure 22 de ces mêmes cristaux imprégnés de ce liquide.

Grâce à la consistance fluide du gel ou de la suspension, les amas de cristaux 21 et 22 ont une structure poreuse bien plus homogène et compacte que ceux formés Jusqu'ici dans les enceintes de stockage de froid où l'on accumulait des agrégats de cristaux macroscopiques de consistance solide mélangés à du liquide congelable..

La circulation en circuit fermé, générée à l'intérieur de l'enceinte 10, fait que le liquide 12 circule en permanence à travers les couches 21 et 22 de cristaux en étant maintenu à une température très voisine de la température de congélation de ce liquide. Ce liquide chargé de froid est évacué à travers le conduit de sortie 13 en direction du circuit d'utilisation lors des phases de restitution de froid. Il est totalement recyclé à travers l'élément tubulaire 19 lors des phases

d'accumulation de froid et partiellement lors des phases de restitu¬ tion de froid.

Pour que le dispositif puisse fonctionner convenablement, c'est-à-dire pour que la condition relative à la pression hydrostatique au niveau de l'injecteur soit effectivement réalisée, la hauteur de l'enceinte 10 doit être suffisante. Dans la pratique, la nature du fluide frigo¬ rigène, la pression de l'aspiration de ce fluide à l'état gazeux au- dessus du niveau libre du liquide 12 à 1'intérieur de l'enceinte 10, et la hauteur dudit niveau libre doivent être choisies de telle ma¬ nière que la pression de vapeur saturante du fluide frigorigène, évaluée à la température de congélation du liquide 12, soit inférieure à la somme de ladite pression d'aspiration et de la pression hydrosta¬ tique de ce liquide au niveau de l'injecteur. On choisit le fluide frigorigène de telle manière que la pression d'aspiration P. soit voisine de la pression atmosphérique pour minimiser le coût de l'en¬ ceinte 10, et de préférence légèrement supérieure à .la pression atmos¬ phérique pour éviter tout risque d'entrée d'air dans l'enceinte. Cette condition est remplie avec l'isobutane et le frigorigène perfluoré R- C318.

Soit h ₁ la hauteur de la colonne de liquide surmontant l'injecteur Jusqu'au niveau de vaporisation 23 des gouttelettes 16a de fluide frigorigène, h ₂ la hauteur de la colonne allant du niveau de vaporisa¬ tion 23 au niveau libre 20 du liquide séparant la masse poreuse de cristaux de glace 22 imprégnée d'eau de la masse poreuse de cristaux secs 21, et , la hauteur entre ce niveau libre 20 et le niveau supérieur du liquide débouchant de la cheminée 19; h, doit être plus grand que l'épaisseur maximum de la couche sèche 21. La hauteur h ₁ est avantageusement comprise entre 0,5 et 2 m alors que la hauteur h, -i- h, est avantageusement comprise entre 0,5 et 4 m. Une hauteur ₂ + h, trop importante provoquerait une trop grande différence de pression entre la pression de vapeur saturante P ₃ du fluide frigorigène régnant au niveau d'évaporation 23 et la pression d'aspiration P, au haut de l'enceinte 10, et nécessiterait un travail trop important du compres¬ seur, la conséquence étant un abaissement du rendement thermodynamique de l'installation. Pour limiter la hauteur h, + h, , l'injecteur 15

peut être disposé à une certaine hauteur h _Q à l'intérieur de l'élément tubulaire 19, lorsque la hauteur de l'enceinte de stockage 10 est élevée.

Si la hauteur maximum de l'amas de cristaux formé par les couches 21 et 22 dépasse 3 ou 4 mètres, il peut être avantageux de donner à la hauteur h une valeur suffisante pour que la pression hydrostatique de la colonne de liquide de hauteur h1 + h2 + h3 soit limitée, par exemple à 3 mètres, afin d'éviter que la pression d'aspiration de fluide frigorigène gazeux ne doive être, pour générer la vaporisation de ce fluide, trop inférieure à la pression de vapeur saturante Ps, ce qui nuirait au rendement thermodynamique de l'installation.

Pour que "le dispositif fonctionne, et de plus avec un bon échange thermique entre les masses de cristaux 21 et 22 et le liquide accumu¬ lateur de froid et caloporteur en circulation, il faut que se créent dans l'enceinte, par effet siphon, un courant ascendant intense .du liquide le long d'une colonne disposée au-dessus de l'injecteur, par exemple à l'intérieur de l'élément cylindrique 19, et un courant descendant autour de cette colonne, à travers l'amas de cristaux.

Ce but est atteint si :

(D ΔP = ?i.g.h ₂ - ? _B .g.<h. h ₃ ) > 0

où ^ est la masse spécifique du liquide accumulateur de froid et caloporteur et ^ la masse spécifique moyenne de la colonne de li¬ quide accumulateur chargé de bulles surplombant le niveau d'évapora- tion 23.

On a :

où C est la concentration moyenne en volume de bulles de fluide frigo¬ rigène gazeux dans cette colonne.

Un exemple numérique aidera à comprendre le fonctionnement du système. Avec une concentration moyenne de bulles C de l'ordre de 20 ^* 5 ,? = 0.8 Ç*,

( 1) donne alors

(3) 0.8(h- h ₃ ) > 0

D'où :

(4) ₂ > 4 ₃

Soit H la hauteur maximale de la masse 22 de cristaux imprégnés de liquide à la fin d'une phase d'accumulation. Si la porosité de la masse sèche 21 surplombant le niveau libre 20 est sensiblement la même que celle de la masse 22, l'épaisseur de la masse 21 est d'environ 0,1.H pour des liquides accumulateurs de froid et caloporteurs compo¬ sés essentiellement d'eau.

P.ex. si H = 3m, cette épaisseur est de 0.3m; comme h, doit lui être supérieure pour assurer un déversement correct du liquide accumulateur au-dessus de sa surface, h = 0.5m.

La relation (4) donne alors h ₂ > 2m.

En pratique, on prendra par exemple h ₂ = 2.5m pour qu'un courant as¬ cendant de liquide de débit suffisant s'établisse dans la cheminée 19-

Dès lors ₂ + h-, = 3m.

La pression hydrostatique Δ P de la colonne de liquide située au- dessus du niveau de vaporisation est :

Dans l'exemple considéré

^ _m = û.8.10 ³ K/m ₃ , de sorte que P = 0.24 bar.

Il en résulte que l'on doit régler la pression d'aspiration P. du fluide frigorigène gazeux régnant dans la partie supérieure de l'en¬ ceinte 10 à une valeur inférieure de 0.24 bar à la pression régnant dans la cheminée au niveau de vaporisation 23, pression sensiblement égale à la pression de vapeur saturante P »_> du fluide frigorigène à la température de congélation du liquide, soit 0"C dans cet exemple. Si P ₃ à û'C vaut 1.28 bar (frigorigène R-C318), la pression d'aspira¬ tion , doit être d'environ 1.04 bar.

Si, pour éviter tout risque de givrage de l'injecteur 15, on prend h. _j = 1m la pression P, régnant dans le liquide au voisinage de la zone d'injection du fluide frigorigène est alors de 1.28 + 0.1 = 1.38 bar.

D'une manière générale, l'expérience montre que le dispositif décrit ci-dessus permet aisément d'obtenir une concentration volumétrique moyenne C de bulles comprise entre 10 et 70% au sommet de la cheminée 19 et une concentration de cristaux de glace microscopiques formant ledit gel ou ladite suspension dans le liquide déversé depuis le haut de cette cheminée 19 de l'ordre d'une fraction de pour cent à quelques pour cent.

La puissance de réfrigération du système par m ² de section de la cheminée est usuellement comprise entre : 40'000 et 800'000 KFrig/h.m ² et le débit correspondant de frigorigène vaporisé compris entre : 150 et 3'000 ra-vh.m ² lorsque le frigorigène est constitué par de l'isobu¬ tane (R-600a) ou de l'octafluorocyclobutane (R-C318).

D'une manière générale, le courant ascendant doit avoir une vitesse suffisante pour empêcher la formation par décantation d'un bouchon de cristaux de glace agglomérés susceptible d'obturer la partie supé¬ rieure de la cheminée. Cette vitesse est usuellement comprise entre 0.05m/s et 2m/s et de préférence supérieure à 0,3 m/s.

La cheminée 19 est surmontée d'un déflecteur 24 conçu pour prévenir des projections de liquide dans la conduite d'aspiration 17 et pour que le gel ou la suspension de cristaux de glace qui sont générés par l'évaporation du fluide frigorigène dans la colonne de liquide délimi-

tée par cette cheminée, se déverse sur la surface supérieure de la couche de cristaux secs 21 de manière bien uniforme.

Grâce à la circulation en circuit fermé du liquide 12 dans l'enceinte 10, ce liquide est animé d'un mouvement ascendant suffisamment rapide dans la cheminée 19 pour prévenir la formation de tout bouchon de cristaux de glace par décantation au haut de cette cheminée. Par ailleurs, cette vitesse est suffisante pour garantir une bonne sépara¬ tion entre le fluide frigorigène gazeux et le liquide dans la région où celui-ci est déversé de la cheminée 19 dans l'espace rempli de fluide frigorigène gazeux situé dans la partie supérieure de l'encein¬ te 10, région où l'épaisseur de la veine de liquide en mouvement est petite.

Le déversoir constitué par l'extrémité supérieure de l'élément tubu¬ laire 19 prévient l'entraînement du liquide avec le fluide frigorigène gazeux aspiré par le compresseur relié à la bouche d'aspiration 17.

Le conduit de retour 14 du circuit d'utilisation est équipé d'une série d'organes d'arrosage ou de pulvérisation 25 conçus pour répartir uniformément, sous forme de pluie fine, le liquide accumulateurde froid et caloporteur réchauffé après son passage dans le circuit d'utilisation sur toute la surface des cristaux secs.

Une grille 26 est ménagée à la base de l'enceinte 10, au-dessus du conduit de sortie 13, pour empêcher l'obstruction partielle du fond de l'enceinte 10 par des cristaux de liquide solidifié lorsque la ^' couche de cristaux 22 s'épaissit et remplit sensiblement tout l'espace inté¬ rieur de cette enceinte 10, à la fin d'une phase d'accumulation de froid. On évite ainsi que, lors d'une phase de restitution de froid subséquente, le courant de liquide soit concentré sur une portion de la section de la masse de cristaux, ce qui pourrait conduire à une fusion non uniforme de cette masse. On supprime également tout risque d'obstruction de la conduite 13.

Dans l'exemple illustré, l'enceinte 10 ainsi que la cheminée 19 sont cylindriques avec une section circulaire ou non, leurs parois ne

présentant aucune aspérité susceptible d'accrocher les couches de cristaux 21 et 22. Pendant la phase de génération et d'accumulation de froid, la couche de cristaux secs a tendance à s'épaissir étant donné que de nouveaux cristaux sont constamment déversés par l'ouverture supérieure de la cheminée 19. Cette couche s'épaissit et s'alourdit et provoque un enfoncement progressif de la masse de cristaux. Pendant la phase d'utilisation du froid stocké, la fusion des cristaux de liquide solidifié s'effectue plus rapidement au sommet qu'au bas de la masse. En effet, la couche supérieure est constamment arrosée de liquide réchauffé qui se refroidit progressivement en traversant la masse. En raison de cette fusion superficielle plus rapide, la masse flottant sur le liquide aura tendance, à remonter par poussée d'Archimède. Cette montée s'effectue de façon globale, sans fissuration ni réorganisation de la structure, à la manière d'un piston coulissant le long des parois, à condition que ces parois soient lisses, cylindriques et ne présentent aucune aspérité susceptible de freiner ou de retenir les cristaux dans leur déplacement.

Les conditions physiques mentionnées ci-dessus peuvent également être obtenues dans d'autres installations ou en faisant varier différents paramètres, ce qui permet d'aboutir aux diverses réalisations décrites plus en détail ci-dessous.

La figure 2 décrit une installation de réfrigération et/ou de cristal¬ lisation d'un liquide accumulateur de froid et caloporteur utilisant sensiblement les mêmes principes fondamentaux que ceux qui ont été mis en oeuvre dans l'installation précédente, mais où la fonction d'accu¬ mulation de cristaux de glace pour le stockage de froid est séparée de la fonction de génération de cristaux. Cette installation comporte une enceinte de réfrigération 30 entourée d'une gaine thermiqueraent iso¬ lante 31 et d'une enceinte de stockage de cristaux (non représentée). L'enceinte 30 est équipée à son extrémité inférieure d'un ou de plusieurs in ecteurs 32 disposés sur une portion de la section hori¬ zontale de l'enceinte 30 et alimentés en fluide frigorigène 33 amené par un conduit d'alimentation sur lequel est montée une vanne réglable 34. Le rôle de la vanne 34 est de régler le débit du fluide frigori¬ gène liquide vaporisé sortant du condenseur (non représenté) à une

pression de l'ordre de 4 bars et injecté dans le liquide à une pres¬ sion voisine de 2 bars. Le haut de l'enceinte 30 est pourvu d'un conduit d'aspiration 35 du fluide frigorigène à l'état vapeur à une pression de l'ordre de 1 bar par exemple, par un compresseur non représenté.

Comme précédemment, la pression d'injection et/ou la hauteur de la colonne de liquide accumulateur sont choisis de telle manière que le fluide frigorigène soit injecté sous forme de liquide, éventuellement mélangé à quelques bulles de vapeur, créées dans la vanne 34, et ne se vaporise qu'à une certaine hauteur h, à l'intérieur de l'enceinte 30. Cette vaporisation provoque le refroidissement du liquide puis la formation de cristaux microscopiques de ce liquide congelé. Ces cris¬ taux sont mélangés au liquide et forment un gel ou une suspension très fluide qui est transvasée et concentrée dans une enceinte de stockage de forme cylindrique, sensiblement identique à l'enceinte 10 de la fig. 1, mais dépourvue de la cheminée centrale 19. Un conduit d'éva¬ cuation 36 débouche en 37 au voisinage de la surface libre 38 du liquide pour recueillir la suspension fluide et pour la transporter via une pompe 39 vers l'enceinte de stockage mentionnée précédemment. Un conduit de retour 40 permet d'amener au bas de l'enceinte 30 le liquide débarrassé de cristaux recueilli au bas de l'enceinte de stockage.

Comme le montrent les flèches A, B et C, il s'établit dans l'enceinte 30 par effet siphon un courant ascendant au centre de cette enceinte et descendant au voisinage de sa paroi extérieure 44. Ce débit est un multiple du débit du liquide prélevé dans l'enceinte 30 par la pompe 39.

Comme précédemment, cet intense courant de liquide en circuit fermé dans l'enceinte 30, prévient la formation de tout bouchon de cristaux agglomérés par décantation spontanée de ces cristaux au voisinage de la surface libre 38 de ce liquide et assure aussi une séparation efficace du fluide frigorigène gazeux vaporisé dans sa masse.

On peut également faire circuler le liquide prélevé dans l'enceinte 30

par la pompe 39 à travers un échangeur de chaleur (non représenté) au lieu d'une enceinte de stockage de froid comme décrit précédemment. Dans ce cas, l'enceinte 30 peut fonctionner, soit comme une enceinte de cristallisation où est produit le gel ou la suspension de cristaux susmentionnée, soit comme une enceinte de réfrigération, sans congéla¬ tion, du liquide selon la valeur du débit de ce liquide circulant à travers cet échangeur de chaleur. Dans les deux cas, les courants de liquide en circuit fermé engendrés dans l'enceinte 30 par effet si¬ phon, comme décrit précédemmraent , garantissent une bonne séparation, au voisinage de la surface libre 38 de la masse de liquide, entre ce liquide et le fluide frigorigène gazeux contenu dans ce liquide.

Dans le cas où-l'enceinte de réfrigération 30 fonctionne comme une enceinte de cristallisation, on maintient le débit du liquide accumulateur chargé de ladite suspension de cristaux de ce liquide congelé, de consistance fluide, mis en circulation par la pompe 39, à une valeur suffisante pour que l'écoulement de-- ce liquide soit turbulent à travers tout le circuit hydraulique comprenant la conduite 36, la pompe 39 et le circuit d'utilisation non représenté comportant au moins un échangeur de chaleur, et aussi la conduite 40 si le liquide de retour contient encore des cristaux de glace, de manière à prévenir toute décantation des cristaux et toute formation d'un bouchon de glace à l'intérieur de ce circuit hydraulique.

Cette enceinte de réfrigération et/ou de cristallisation est particu¬ lièrement simple et permet d'utiliser des cuves cylindriques standards pour la fabrication des enceintes. Elle permet en outre la mise en oeuvre d'un concept modulaire, basé sur l'utilisation d'une enceinte unique alimentant séquentiellement ou en continu un groupe d'enceintes de stockage de froid et/ou d'échangeurs de chaleur montés en parallèle ou en série sur un circuit d'utilisation. Les enceintes de stockage peuvent avoir une forme cylindrique de section circulaire, rectangu¬ laire ou carrée, et être uxtaposées ou éloignées les unes des autres. L'enceinte de cristallisation peut être montée à proximité ou à dis¬ tance des enceintes de stockage de froid selon les besoins ou selon la place disponible. Une commande centralisée, éventuellement programmée, peut être conçue pour piloter toute l'installation de façon automati-

que. Un tel équipement n'est bien entendu concevable que pour de grandes installations. Un de ses avantages est dû au fait que toute l'installation peut être adaptée à l'évolution des besoins par l'ad¬ jonction ou la suppression d'une ou plusieurs enceintes de stockage. En outre, tous les organes vitaux soumis à une certaine usure et nécessitant un certain entretien sont parfaitement accessibles et remplaçables.

La fig. 3 illustre une variante de l'installation de réfrigération et/ou de cristallisation illustrée par la fig. 2. Elle comporte comme précédemment une enceinte de réfrigération 50 entourée d'une gaine isolante 51 et contenant un liquide accumulateur de froid et calopor¬ teur 52 prélevé dans l'espace annulaire compris entre l'élément tubu¬ laire 55 et la paroi de l'enceinte par un conduit d'évacuation 53 et réinjecté à l'intérieur de l'enceinte par l'intermédiaire de la pompe 39 et d'un conduit de retour 54 au bas de l'élément tubulaire 55 surmonté d'un déflecteur 56. Comme précédemment cet élément est desti¬ né à faciliter le déversement du mélange de liquide et de cristaux de ce liquide congelé ou tout simplement de liquide refroidi exempt de cristaux, dans le sens des flèches A et à contribuer au dégazage, c'est-à-dire à la séparation efficace du fluide frigorigène gazeux du liquide. Dans l'exemple de réalisation représenté, le conduit d'éva¬ cuation 53 a son embouchure dans l'espace annulaire ménagé entre les parois de l'enceinte et l'élément tubulaire 55. Toutefois, on peut également envisager de prélever le liquide refroidi à l'intérieur de l'élément tubulaire. A cet effet, un conduit 53' représenté en traits interrompus débouche à l'intérieur de cet élément, en dessous de la zone d'injection du fluide frigorigène.

Au moins un injecteur 57 du type de ceux représentés plus en détail par les figures 4 et 5, est disposé à l'intérieur de l'élément tubu¬ laire 55. Cet injecteur est alimenté en fluide frigorigène par un conduit 58 relié à une vanne réglable 59 et en liquide par le conduit 65 au moyen de la pompe 64. Comme précédemment, le fluide frigorigène est recueilli à l'état gazeux au sommet de l'enceinte 50 par un con¬ duit 60. Les bulles formées par la vaporisation de ce fluide provo¬ quent, par effet siphon, un courant de liquide ascendant dans l'élé-

ment tubulaire 55 et un courant descendant à l'extérieur de cet élé¬ ment, comme le montrent les flèches A. Une partie du liquide refroidi ou du mélange de ce liquide avec des ^" cristaux de ce liquide congelé est recyclée, comme le montrent les flèches 8. Une autre partie, beaucoup plus faible, est aspirée à travers le conduit d'évacuation 53, par la pompe 39 dont la sortie est raccordée à l'entrée proprement dite d'un circuit d'utilisation.

Ce circuit d'utilisation peut à nouveau être constitué par une encein¬ te d'accumulation des cristaux et/ou par au moins un échangeur de chaleur. A sa sortie du circuit d'utilisation, le liquide peut être débarrassé partiellement ou totalement des cristaux qu'il contenait à son entrée dans ee circuit et être réchauffé au-dessus de sa tempéra¬ ture de congélation lorsque le circuit d'utilisation comporte des échangeurs de chaleur .

On s'arrange, en réglant au moyen de la vanne 59 le débit du fluide frigorigène vaporisé qui détermine la puissance de réfrigération de l'installation, pour que la vitesse du liquide circulant en circuit fermé dans l'enceinte soit en tout point suffisante pour empêcher tout formation d'un bouchon de cristaux de glace agglomérés au voisinage de la surface libre 63 du liquide par décantation de ces cristaux. En outre, on s'arrange, en réglant le débit du liquide extrait par la pompe 61 en fonction du débit de frigorigène évaporé, pour que le gel ou la suspension fluide de cristaux en circulation en circuit fermé dans l'enceinte 50 ait une concentration donnée, par exemple comprise entre 0, 1 et 25%.

Comme mentionné précédemment en référence aux fig. 1 et 2, le fluide frigorigène, à l'état liquide peut être moins dense ou plus dense que le liquide accumulateur de froid et caloporteur. Dans ce dernier cas, il serait avantageux de prévoir à la base d'une des enceintes repré¬ sentées par les fig. 1 à 3, un orifice d'évacuation communiquant avec une pompe d'aspiration pour récupérer tout fluide frigorigène, non évaporé après son injection, et qui pourrait s'accumuler, à la longue, au bas de l'enceinte de cristallisation.

Pour éviter le risque de givrage de l'injecteur dans les enceintes représentées par les fig. 1 à 3, notamment lorsque la hauteur totale de l'enceinte (cas de la figure 3) est limitée, et par conséquent insuffisante pour permettre de réaliser par voie hydrostatique des conditions de surpression définie précédemment en référence aux fig. 1 et 2, on obtient cette surpression par voie dynamique. A cet effet, l'injecteur 57 de la fig. 3 est constitué par l'injecteur représenté à la fig. 4. Il se compose d'une chambre 71 alimentée en liquide accumulateur de froid et caloporteur par la pompe 64 , à travers la conduite 65, sous une pression supérieure à la pression de vapeur saturante du fluide frigorigène évaluée à la température de congélation du liquide, cette chambre 71 débouchant dans l'enceinte de cristallisation par au moins un orifice de sortie 73, dans une zone où la pression du liquide peut être égale ou même inférieure à ladite pression de vapeur saturante Ps. Le fluide frigorigène, en provenance de la vanne réglable 59, est injecté sous pression à l'intérieur de la chambre 71 par au moins une buse 70 en direction de l'orifice de sortie 73. Ainsi le Jet de liquide frigorigène est entouré d'un man¬ teau de liquide qui l'isole thermiquement de la masse de l'injecteur, ce qui prévient le givrage de ce dernier en dépit du fait que la vaporisation du fluide frigorigène commence à se produire déjà à l'intérieur de l'orifice 73 à l'intérieur duquel la pression chute rapidement.

Une variante d'un tel injecteur est représentée par la fig. 5. Dans ce cas, l'injecteur individuel de la fig. 4 est remplacé par une rampe d'injecteurs 80, composée par la combinaison d'un tube central 81 pourvu d'une série d'orifices calibrés 82 et entouré d'un tube péri¬ phérique 83 pourvu d'une série d'orifices 84 disposés respectivement en regard des orifices 82. Le tube 81 est destiné à véhiculer le fluide frigorigène sous pression et le tube périphérique 83 est desti¬ né à véhiculer du liquide également sous pression. En raison de la disposition et des dimensions des orifices respectifs 82 et 84, le fluide frigorigène est injecté sous la forme d'un jet fin, illustré par les flèches A, dans une gaine de liquide accumulateur de froid et caloporteur illustrée par les flèches B. Dans la pratique, les ori¬ fices 84 sont dimensionnés de telle manière que le débit de liquide

soit approximativement de deux à vingt fois supérieur au débit du fluide frigorigène. Comme précédemment le fluide frigorigène est en¬ touré d'un manteau de liquide qui l'isole du tube 83 de l'injecteur, prévenant ainsi le givrage de ce dernier, en dépit du fait que la vaporisation du fluide frigorigène débute dé à à l'intérieur du tube 83.

Les deux exemples de réalisation d'injecteurs illustrés par les fig. 4 et 5 permettent de créer, d'une manière dynamique, des conditions équivalentes à celles obtenues d'une manière statique par la pression hydrostatique régnant au niveau de l'injecteur lorsque l'enceinte contenant le liquide a une hauteur suffisante. Ils présentent l'avan¬ tage de permettre l'utilisation d'enceintes de cristallisation de faible hauteur du fait que la vaporisation du fluide frigorigène s'effectue au niveau de l'injecteur 57.

Si P _f est la pression du fluide frigorigène dans la buse d'injection 70 ou dans le tube central 81 de la fig. 5, P-, la pression du liquide accumulateur dans la chambre d'injection 71 ou respectivement à l'in¬ térieur du tube 83 et P ₂ sa pression dans l'enceinte 50, au voisinage des orifices d'injection, on liera ces grandeurs de la manière suivan¬ te : P _f > P ₁ > P ₂

Par ailleurs, on aura également nécessairement les relations suivantes: P, > P. et P. > P_ pour que le système puisse fonctionner, P_ et P. ayant les significa- tions données plus haut.

En référence aux fig. 2 à 5, la concentration des cristaux en suspen¬ sion dans le liquide, produits dans les enceintes de cristallisation est fonction du rapport existant entre le débit du liquide prélevé dans ces enceintes et la puissance de réfrigération de l'installation déterminée par le débit de fluide frigorigène vaporisé.

En accroissant suffisamment ce rapport, il est possible de refroidir le liquide prélevé dans ces enceintes sans le congeler. Dans ce cas, les enceintes de cristallisation fonctionnent comme des installations

frigorifiques économiques de refroidissement à haut rendement thermo¬ dynamique d'un liquide accumulateur de froid et caloporteur à une température supérieure à sa température de congélation, tout en assu¬ rant une bonne séparation entre le fluide frigorigène gazeux et ce liquide.

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