La présente invention concerne un appareil de refroidissement rapide d'un liquide, avec ou sans congélation de ce liquide. On connaît depuis longtemps des réfrigérateurs qui sont utilisés pour la conservation de produits alimentaires et en outre pour la fabrication de glaçons. Dans ces appareils connus le froid est produit par un système frigorifique dans lequel circule un fluide frigorigène. Ces réfrigérateurs sont utilisés couramment pour maintenir des liquides alimentaires, contenus dans des récipients, à basse température mais ils exigent un temps de séjour préalable relativement long de ces liquides avant que ceux-ci n'atteignent la basse température interne du réfrigérateur. Par ailleurs, la fabrication de glaçons dans des bacs placés à l'intérieur du compartiment de congélation des réfrigérateurs exige aussi un temps assez long (supérieur à 40 minutes) , ce qui est particulièrement gênant lorsque l'on a un besoin immédiat de glaçons.

On connaît également, ainsi qu'il est décrit dans le brevet DE-A-4 122 700, un procédé et un appareil pour le refroidissement d'un liquide, en vue de la fabrication, en continu, de glaçons, dans lesquels on utilise, pour congeler de l'eau introduite par le haut dans le fond d'un tube vertical fermé à sa partie inférieure par une vanne, le froid produit par l'évaporation de la couche supérieure de l'eau liquide

sous l'effet d'une dépression créée par une pompe à vide. Cette pompe à vide est raccordée à la partie supérieure du tube par l'intermédiaire d'une cartouche de matériau hygroscopique absorbant l'eau et régénérable par chauffage. Un appareil de ce type, s'il convient bien pour la fabrication continue de glaçons, n'est pas du tout adapté à une fabrication rapide, à la demande, d'une petite quantité de glaçons et encore moins au refroidissement, sans congélation, d'un liquide contenu dans un récipient.

La présente invention vise à remédier aux inconvénients des appareils connus en procurant un appareil permettant de refroidir très rapidement, à la demande, un liquide contenu dans un récipient et éventuellement de le congeler et ce en utilisant des moyens particulièrement simples.

A cet effet, cet appareil de refroidissement rapide d'un liquide, avec ou sans congélation de ce liquide, comportant une enceinte hermétique contenant le liquide à refroidir, et un générateur de dépression relié par une vanne de commande à l'intérieur de l'enceinte hermétique afin d'aspirer une partie du liquide sous forme de vapeur et de la rejeter dans l'atmosphère jusqu'à ce qu'une pression résiduelle de quelques millibars absolus soit atteinte et de maintenir cette pression résiduelle pendant un temps suffisant pour que l'évaporation de la couche supérieure du liquide provoque le refroidissement sur place de la couche de liquide

sous-jacente, est caractérisé en ce que l'enceinte hermétique comporte au moins une chambre interne à paroi inférieure horizontale sur laquelle peut être placé un récipient, ouvert à sa partie supérieure, contenant le liquide à refroidir et une porte fermant d'une manière étanche la chambre interne et permettant l'entrée et la sortie du récipient contenant le liquide à refroidir, et en ce que la chambre interne de l'enceinte hermétique et la porte étanche ont des dimensions et une forme telles que le volume qu'elles délimitent corresponde le plus possible à celui du récipient contenant le liquide à refroidir de manière à réduire au minimum l'espace laissé libre entre le récipient et les parois de la chambre interne et de la porte et par conséquent le volume d'air contenu dans la chambre interne fermée.

Dans une première forme d'exécution de l'invention, l'appareil comprend un générateur de dépression mécanique, la vapeur d'eau étant aspirée par un dispositif mécanique, du genre pompe à vide ou compresseur, et refoulée ensuite dans l'atmosphère. Dans une autre forme d'exécution de l'invention, l'appareil comprend un générateur de dépression thermique dans lequel la vapeur d'eau est adsorbee dans une matrice d'un matériau adsorbant, telle qu'une zéolithe, et lorsque la matrice est saturée d'eau, cette matrice est régénérée par chauffage, l'eau contenue dans les pores du matériau adsorbant étant alors désorbée et rejetée à l'extérieur.

L'appareil suivant la présente invention peut être utilisé avantageusement pour refroidir un liquide alimentaire, tel que de l'eau, un jus de fruit etc..., grâce à une évaporation d'une très faible fraction de l'eau qu'il contient. En effet, par suite de la grande différence existant entre la chaleur latente de vaporisation de l'eau et sa capacité calorifique, l'abaissement de 10°C d'un litre d'eau, par exemple, entraîne une évaporation de seulement 2% environ de cette eau.

Lorsque l'on poursuit, dans l'appareil suivant la présente invention, l'évaporation suffisamment longtemps pour abaisser la température du liquide en dessous de son point de congélation, on obtient alors des glaçons et l'appareil peut être ainsi utilisé pour la fabrication rapide de ces glaçons.

On décrira ci-après diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue en coupe d'un appareil de refroidissement rapide d'un liquide, avec congélation, suivant la présente invention, pour la fabrication de glaçons dans un bac.

La figure 2 est une vue en coupe verticale et axiale d'une forme d'exécution d'un générateur de dépression à matrice en matériau adsorbant pour l'appareil suivant la présente invention.

La figure 3 est une vue en coupe horizontale et transversale faite suivant la ligne III-III de la figure 2.

La figure 4 est une vue en coupe de la partie inférieure d'une variante d'exécution du générateur de dépression représenté sur la figure 2.

La figure 5 est une vue en coupe verticale schématique d'une enceinte hermétique cylindrique, représentée fermée, d'un appareil pour le refroidissement rapide, sans congélation, d'un liquide contenu dans un récipient cylindrique ouvert à sa partie supérieure.

La figure 6 est une vue en coupe horizontale faite suivant la ligne 6-6 de la figure 5, l'enceinte étant représentée en position ouverte. La figure 7 est une vue schématique en coupe d'un appareil mixte permettant, à volonté, de fabriquer rapidement des glaçons ou de refroidir un liquide sans congélation.

L'appareil de refroidissement rapide d'un liquide, en l'occurrence de l'eau, qui est représenté schematiquement sur la figure 1 est conçu de manière à abaisser suffisamment la température de l'eau pour que cette eau gèle et forme des glaçons disponibles rapidement. Cet appareil comprend essentiellement une enceinte hermétique 1 s'étendant horizontalement, de forme parallélépipédique de faible hauteur, à laquelle est raccordé un générateur de dépression 2. L'enceinte 2 est étanche jusqu'à une pression nettement inférieure au

millibar absolu. Elle est fermée, sur sa face avant, par une porte étanche 3. L'enceinte hermétique 1 et la porte 3 sont isolées thermiquement de l'extérieur par une garniture isolante 4. L'eau destinée à former les glaçons est contenue dans un bac parallélépipédique 5 de faible hauteur qui peut contenir ou non des cloisons de séparation 6. L'enceinte 1 présente une chambre interne parallélépipédique horizontale 7. Cette chambre est destinée à loger étroitement un seul bac 5 ou plusieurs bacs disposés côte à côte. A cet effet, les dimensions et la forme de la chambre sont choisies de telle façon que son volume corresponde sensiblement à celui d'un bac à glaçons 5 unique ou de plusieurs bacs adjacents de manière à réduire au minimum l'espace laissé libre entre le ou les bacs 5 et les parois de la chambre interne 7 et par conséquent le volume d'air contenu dans la chambre interne 7 fermée. Notamment la hauteur de la chambre interne 7 est sensiblement égale ou légèrement supérieure à la hauteur du bac 5 contenant l'eau. De ce fait seul subsiste un jeu très faible entre les parois du ou des bacs 5 et les parois de la chambre 7, le jeu ainsi laissé servant uniquement à permettre une entrée et une sortie aisées des bacs 5. La chambre interne 7 de l'enceinte hermétique 1 est reliée au générateur de dépression 2 par une canalisation 8 débouchant dans la chambre 1 en traversant

l'une de ses parois isolantes. Sur la canalisation 8 est branchée une vanne de commande 9.

L'appareil suivant la présente invention comporte également une vanne d'égalisation de pression 11 qui est branchée sur une canalisation 12 reliée à la chambre interne 7 de l'enceinte 1 et débouchant dans l'atmosphère.

Le générateur de dépression 2, la vanne de commande 9 et la vanne d'égalisation de pression 11 sont reliés à un dispositif de commande 13 qui peut être lui- même asservi à un thermostat 14 détectant la température à l'intérieur du bac 5.

Pour obtenir une fabrication rapide de glaçons, on introduit, dans l'enceinte hermétique 1, le bac 5 contenant une couche d'eau de faible épaisseur, comprise par exemple entre 0,3 cm et 1 cm, et on ferme ensuite la porte étanche 3. On met alors en marche l'appareil au moyen du dispositif de commande 13. Celui-ci provoque la fermeture de la vanne d'égalisation de pression 11, l'ouverture de la vanne de commande 9 et la mise en service du générateur de dépression 2. Ce dernier provoque alors un abaissement de la pression à l'intérieur de la chambre 7 de l'enceinte hermétique 1, depuis la valeur de la pression atmosphérique jusqu'à une très faible pression inférieure à 6 millibars absolus. Sous cette très faible pression, une fraction superficielle de l'eau liquide contenue dans le bac 5 s'évapore très rapidement et cette évaporation

endothermique permet de geler la couche sous-jacente d'eau liquide résiduelle. Le rapport entre la masse de la couche d'eau superficielle évaporée et celle de la couche sous-jacente d'eau congelée est égal au rapport entre la chaleur latente de vaporisation endothermique, de l'ordre de 2500 kJ/kg, et la chaleur latente de solidification exothermique, de l'ordre de 330 kJ/kg. Autrement dit 1 'évaporation de 10 grammes d'eau à une température de 0°C permet de produire environ 70 grammes de glace. L'un des avantages principaux de l'appareil suivant la présente invention est que le processus de formation de la glace se déroule très rapidement si bien qu'il est possible d'obtenir des glaçons au bout d'une période de temps allant de 10 à 60 secondes. L'appareil suivant la présente invention fonctionne en cycle ouvert au sens thermodynamique du fait que la quantité de vapeur d'eau produite au cours de chaque cycle de fabrication de glaçons est relâchée dans l'atmosphère à la sortie du générateur de dépression 2. On peut utiliser, dans l'appareil suivant la présente invention, n'importe quel type de générateur de dépression. Dans une première forme d'exécution, le générateur de dépression 2 est du type à dépression mécanique et il peut être constitué par un turbocompresseur tournant à très grande vitesse ou une pompe à vide. Lorsque l'on désire obtenir rapidement des glaçons, on met en marche le turbocompresseur ou la pompe à vide 2, au moyen du dispositif de commande 13, en

provoquant préalablement ou simultanément la fermeture de la vanne d'égalisation de pression 11 et l'ouverture de la vanne de commande 9, si bien que l'eau liquide commence à s'évaporer et à refroidir l'eau résiduelle jusqu'à transformer en glace la couche d'eau sous- jacente. La vapeur d'eau refoulée par le turbocompresseur ou la pompe à vide 14 est rejetée dans l'atmosphère. Lorsque toute l'eau est gelée, ce qui est indiqué par le thermostat 14, le dispositif de commande 13 commande l'arrêt de la pompe à vide ou du turbocompresseur 2, la fermeture de la vanne de commande 9 et l'ouverture de la vanne d'égalisation de pression 11. Il est alors possible d'extraire, de l'enceinte 1, le bac 5 contenant les glaçons fabriqués. Dans une variante d'exécution, la vanne d'égalisation de pression 11 peut servir également au remplissage du bac à glaçons 5, le remplissage jusqu'à débordement permettant de limiter l'air résiduel dans l'appareil à celui se trouvant pratiquement dans la seule canalisation 8. Dans ce cas, la canalisation 12 sur laquelle est branchée la vanne d'égalisation de pression peut être reliée, par une vanne, à une source d'eau et elle doit naturellement traverser la paroi supérieure de la chambre interne 7 pour déboucher au-dessus du bac 5. La canalisation 12 peut être également reliée à un dispositif de dosage laissant s'écouler, lors de chaque cycle de fabrication de glaçons, la quantité d'eau

juste suffisante pour former, dans le bac 5, la couche d'eau ayant la faible épaisseur voulue.

Suivant une seconde forme d'exécution de l'invention, le générateur de dépression 2 est du type à dépression thermique. Un tel générateur à dépression 2 est représenté sur les figures 2 et 3. Ce générateur à dépression thermique 2 comprend une enceinte déprimogène

15 qui contient une matrice verticale 16 en matériau adsorbant, par exemple en zéolithe, traversée de part en part par une pluralité de canaux verticaux 17. A la partie inférieure de l'enceinte 15 est formée une chambre d'admission inférieure 18 dans laquelle est logé un ventilateur 19 entraîné en rotation par un moteur électrique 21. Le fonctionnement de ce ventilateur est commandé par un dispositif 22 relié à un thermostat 23 détectant la température de la matrice en matériau adsorbant 16.

Dans la matrice 16 en matériau adsorbant est logée au moins une résistance électrique 24 pour assurer le chauffage de la matrice en matériau adsorbant 16.

La chambre d'admission inférieure 18 est reliée à la canalisation 8 connectée à l'enceinte hermétique 1. A sa partie supérieure, l'enceinte déprimogène 15 est reliée à un conduit 25 débouchant dans l'atmosphère et dans lequel est logé un clapet antiretour 26 taré juste au-dessus de la pression atmosphérique, par exemple à 1,1 bar absolu.

Le générateur à dépression thermique 2 représenté sur les figures 2 et 3 fonctionne de la façon suivante. Avant le début d'un cycle de fabrication de glaçons, l'enceinte déprimogène 15 se trouve à la température ambiante et, du fait que le clapet antiretour 26 est fermé, sa pression interne est maintenue à une valeur inférieure à 6 millibars absolus, ce qui résulte d'un cycle de fonctionnement précédent comme il sera expliqué ci-après. Lorsque la vanne principale 9 est ouverte au début du cycle, la dépression régnant à l'intérieur de l'enceinte 15 est transmise à la chambre interne 7 de l'enceinte hermétique 1, la fraction superficielle de l'eau liquide contenue dans le bac 5 s'évapore et la couche résiduelle sous-jacente gèle une fois sa température amenée à 0°C par suite de l'évaporation. Une fois le processus de formation de glace terminé, c'est-à- dire après une période de temps allant de 10 à 60 secondes, la vanne principale 9 est refermée, la vanne d'égalisation de pression 11 est ouverte pour admettre de l'air à l'intérieur de l'enceinte hermétique 1, ce qui permet d'ouvrir la porte 3 et de récupérer le bac 5 contenant les glaçons.

Après la phase de formation de la glace par évaporation a lieu une phase de régénération de la matrice 16 en matériau adsorbant. Au cours de cette phase de régénération, la vanne principale 9 étant toujours fermée, on alimente en courant électrique la ou les résistances 24 de manière à chauffer la matrice 16

jusqu'à une température de l'ordre de 300°C. Ce chauffage entraîne la vaporisation de l'eau précédemment adsorbee dans la matrice 16 et la pression de la vapeur d'eau ainsi formée provoque l'ouverture du clapet antiretour 26 de manière à permettre l'échappement de la vapeur d'eau dans l'atmosphère, à travers le conduit 25.

Une fois le chauffage de la matrice 16 terminé, cette matrice est refroidie par convection naturelle, par les conduits 17 la traversant, ainsi qu'il est représenté sur les figures 2 et 3, par l'ouverture de volets non représentés etc.... Elle peut être aussi refroidie par convection forcée au moyen du ventilateur 19 refroidissant les conduits 17. Le refroidissement par convection forcée peut être arrêté automatiquement par le thermostat 23 détectant que la matrice 16 est revenue à la température ambiante. Le refroidissement de la matrice 16 à la température ambiante a pour conséquence que la pression à l'intérieur de l'enceinte 5, qui est fermée d'une manière étanche à ses deux extrémités, chute de la valeur de la pression de tarage du clapet antiretour 26, c'est-à-dire par exemple de 1,1 bar à 300°C, jusqu'à une pression finale qui est de l'ordre de quelques millibars et inférieure à 6 millibars, à la température ambiante. La très faible pression régnant à l'intérieur de l'enceinte déprimogène 15 est ainsi disponible pour provoquer l'évaporation de l'eau dans l'enceinte 1, après l'ouverture de la vanne principale 9, lors du cycle de fabrication de glaçons suivant.

La figure 4 représente une variante d'exécution de l'enceinte déprimogène 15 dans laquelle le chauffage de la matrice 16 en matériau adsorbant est effectué au moyen d'un foyer de combustion 27 disposé dans la chambre d'admission inférieure 18, à la place du ventilateur 19. Dans ce cas les canaux verticaux 17 qui traversent de part en part la matrice 16 servent en tant que conduits de passage des fumées produites par le dispositif de combustion 27, pour le chauffage de la matrice 16. Sur les figures 5 et 6 est représentée une variante d'exécution de l'appareil suivant la présente invention laquelle est conçue pour refroidir rapidement un liquide, tel que de l'eau, un jus de fruit etc..., contenu dans un récipient cylindrique 28 ouvert à sa partie supérieure. Dans ce cas, l'enceinte hermétique 1, la porte étanche 3 et la chambre interne 7 ont globalement une forme et des dimensions telles que le volume qu'elles délimitent corresponde le plus possible à celui du récipient 28. A cet effet, l'enceinte étanche 1 et la porte 3 ont chacune une paroi latérale cylindrique à section transversale semi-circulaire de manière qu'en position fermée la porte 3 et l'enceinte hermétique 1 délimitent un volume interne cylindrique à section circulaire d'un diamètre légèrement supérieur au diamètre du récipient 28.

Il va de soi que si le liquide était contenu dans un récipient 28 de forme prismatique, l'enceinte hermétique 1 et la porte étanche 3 délimiteraient un

volume interne de forme prismatique de dimensions légèrement supérieures à celles du récipient 28.

Lorsque l'appareil suivant la présente invention est conçu pour seulement refroidir et non pas congeler le liquide contenu dans le récipient 28, son temps de fonctionnement est ajusté de manière à obtenir la température désirée pour le liquide. En effet, plus le temps de fonctionnement est long, plus la quantité d'eau évaporée augmente et plus la température de la couche de liquide sous-jacente est abaissée. Ce réglage du temps de fonctionnement peut être commandé par une minuterie réglée en fonction de la quantité de liquide contenue dans le récipient 28 et de la température finale désirée du liquide. La figure 7 représente schematiquement un appareil mixte conçu pour permettre, à volonté, soit de fabriquer des glaçons soit de refroidir un liquide. A cet effet, l'appareil comprend deux enceintes hermétiques attenantes, superposées ou accolées, à savoir une enceinte hermétique IA fermée par une porte étanche 3A, du type de celle représentée sur la figure 1 et destinée à contenir un bac à glaçons 5 et une enceinte hermétique IB, cylindrique ou prismatique, du genre de celle représentée sur les figures 5 et 6, et destinée à contenir un récipient 28 contenant un liquide à refroidir. Dans ce cas, un seul et même générateur de dépression 2 est utilisé pour créer la dépression désirée à l'intérieur des deux enceintes hermétiques IA et IB, en

étant relié en parallèle à ces deux enceintes. A cet effet le générateur de dépression 2 est relié à l'enceinte hermétique IA par l'intermédiaire d'une canalisation 8A sur laquelle est branchée une vanne de commande 9A et il est également relié à l'enceinte hermétique IB par l'intermédiaire d'une canalisation 8B sur laquelle est branchée une vanne de commande 9B. Par ailleurs, aux deux enceintes hermétiques IA et IB sont respectivement associées des vannes d'égalisation de pression IIA et 11B reliées à ces enceintes par des canalisations respectives 12A et 12B. Comme dans le cas de l'appareil représenté sur la figure 1, le fonctionnement de l'ensemble est déterminé par un dispositif de commande 13. Ce dispositif peut être asservi à des thermostats logés respectivement dans les enceintes hermétiques IA et IB. Un commutateur 29 est connecté au dispositif de commande 13 afin de sélectionner le type d'enceinte hermétique devant être mise en dépression. Par conséquent, pour obtenir une fabrication rapide de glaçons dans le bac 5, on place le commutateur 29 dans la position correspondant à la mise en dépression de l'enceinte hermétique IA et dans ce cas le dispositif de commande 13, après avoir mis en marche le générateur de dépression 2, agit sur les vannes 9A et IIA associées à l'enceinte hermétique IA. Par contre, si l'on désire seulement refroidir un liquide contenu dans le récipient 28, on place le commutateur 29 dans sa

seconde position de telle façon que le dispositif de commande 13 agisse sur les vannes 9B et 11B.

Sur la figure 7 est également représentée une minuterie 31 qui peut être actionnée par l'usager dans le cas d'un réglage manuel du temps de fonctionnement de 1'appareil.