La présente invention concerne un accumulateur de capacité frigorifique et un procédé pour sa mise en oeuvre.

On connaît des systèmes d'accumulation frigorifique qui sont constitués par des accumulateurs à faisceaux multitubulaires dont les tubes sont plongés dans des bassins d'eau limpide. La mise en œuvre de tels accumulateurs nécessite l'utilisation de deux liquides dynamiques au minimum : un liquide primaire circulant à l'intérieur des tubes et un liquide secondaire circulant à l'extérieur et autour des tubes. En mode "Charge" de l'accumulateur, on fait circuler le liquide primaire à une température négative, provenant d'un groupe frigorifique, à l'intérieur des tubes desdits faisceaux afin de créer avec le liquide secondaire circulant à l'extérieur des tubes, une couche de glace autour de ces tubes. En mode "Décharge", on arrête le groupe frigorifique et la fusion de la couche de glace crée autour des tubes refroidit le liquide secondaire qui est dirigé, grâce à une station de pompage, vers les points d'utilisation.

Cette technologie très répandue présente l'inconvénient d'obliger à décharger complètement l'accumulateur, c'est-à-dire à faire fondre toute la glace générée autour des tubes, entre chaque cycle de "Charge - Décharge". En effet, une couche de glace résiduelle, même faible, en cas de fusion incomplète, constitue un véritable écran isothermique, qui gêne l'échange de chaleur entre les fluides primaire et secondaire. De ce fait, le transfert thermique ne peut être obtenu convenablement et une nouvelle phase de production de glace ne peut commencer. Or, il est impossible de prévoir à l'avance avec précision les besoins thermiques dans la plupart des cas, cependant la fusion de glace doit être totale sous peine de provoquer des dommages irréversibles sur les groupes frigorifiques.

Les performances irrégulières de ces appareils font qu'il s'avère nécessaire d'ajouter un troisième circuit de refroidissement afin de maintenir une certaine constante dans le processus. En effet, au fur et à mesure de la fusion de la glace, la section des tubes du faisceau,

diamètre tube + glace, diminue et influence les résultats. La perte de charge et les surfaces d'échange du fluide secondaire traversant le faisceau varient considérablement entre le début et la fin du cycle de refroidissement. Par ailleurs, le fluide secondaire doit être oxygéné en permanence, en mode "Charge", pour permettre une formation homogène et régulière de la glace autour des tubes.

Le fait d'employer obligatoirement deux liquides dynamiques, primaire et secondaire, ainsi qu'un troisième circuit supplémentaire afin de maintenir une certaine constante dans le processus, et enfin un quatrième circuit pour oxygéner le liquide secondaire, exige une mise en œuvre lourde ainsi que des technologies complexes pour contrôler l'exploitation du système.

Du point de vue investissement ces technologies nécessaires peuvent bien souvent annuler l'économie que constitue l'accumulation frigorifique par stockage de glace.

De plus, ces systèmes connus ne peuvent être directement utilisés avec un liquide secondaire sous pression, à cause de l'oxygénation indispensable pendant la phase de production de glace. La présente invention vise non seulement à pallier aux inconvénients de ces systèmes connus, mais également à obtenir une nette amélioration de la capacité (plus de masse de glace par m ³ d'encombrement) et des performances (m ² surface d'échange), ainsi qu'une simplification extrême de la mise en oeuvre. A cet effet, l'invention propose un procédé d'accumulation d'une capacité frigorifique et de restitution de ladite capacité frigorifique, caractérisé par le fait que l'on utilise un accumulateur comprenant un ensemble de tubes maintenus sensiblement parallèles et espacés transversalement les uns des autres, chaque tube étant fermés à ses extrémités et contenant un liquide statique capable de se transformer en glace lors d'un refroidissement, on fait circuler un fluide à température négative (Degré Celsius) à travers les espaces entre lesdits tubes et

autour desdits tubes et en contact direct avec lesdits tubes afin de refroidir ledit liquide et de le transformer en glace, ledit accumulateur étant alors prêt à refroidir un fluide d'utilisation que l'on fait circuler à travers lesdits espaces entre les tubes et autour desdits tubes, le refroidissement du fluide d'utilisation étant obtenu grâce à la chaleur latente de fusion de la glace.

L'invention a également pour objet un accumulateur destiné à la mise en œuvre du procédé caractérisé en ce qu'il est comprend d'un ensemble de tubes maintenus sensiblement parallèles et espacés transversalement les uns des autres, chaque tube étant fermé à ses extrémités et contenant un liquide statique capable de se transformer en glace lors d'un refroidissement, des premiers moyens pour faire entrer un fluide frigorifique dans ledit ensemble à un endroit adjacent à une première extrémité dudit ensemble et des deuxièmes moyens pour faire sortir ledit fluide frigorifique à un endroit adjacent à une deuxième extrémité dudit ensemble opposée à la ladite première extrémité afin de permettre une circulation dudit fluide frigorifique à travers ledit ensemble et par les espaces entre lesdits tubes et de transformer ledit liquide statique en glace et ainsi de permettre l'utilisation de l'accumulateur en tant que "échangeur refroidisseur".

L'invention a également pour objet un système de refroidissement d'un fluide frigorifique destiné à une installation de froid utilisant ledit fluide, ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte, ayant une entrée et une sortie pour ledit fluide, un groupe frigorifique relié à ladite enceinte par ladite entrée et ladite sortie par des conduits, ladite installation de froid étant relié également à ladite enceinte par des conduits, un distributeur inséré dans lesdits conduits pour permettre le branchement sur ladite enceinte aux choix dudit groupe frigorifique seul, de ladite installation seule ou à la fois dudit groupe de froid et de ladite installation, et un accumulateur d'une capacité frigorifique monté dans ladite enceinte, ledit accumulateur comprenant un ensemble de tubes maintenus parallèles et espacés transversalement les uns des autres,

chaque tube étant fermé à ses extrémités et contenant un liquide statique capable de se transformer en glace lors d'un refroidissement.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés qui illustrent plusieurs formes de réalisations à titre d'exemple non limitatif.

La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un tube accumulateur faisant partie de l'accumulateur suivant l'invention.

La figure 2 est une vue schématique en coupe de l'accumulateur suivant l'invention utilisant un assemblage de tubes accumulateurs du type illustré sur la figure 1 , ces tubes étant vus en élévation.

La figure 3 est une vue en coupe transversale à échelle agrandie du tube accumulateur de la figure 1 en cours de fusion du liquide solidifié.

La figure 4 est un schéma fluidique d'un système de refroidissement d'un fluide au moyen d'un accumulateur, suivant l'invention avec possibilité d'un fonctionnement en mode "charge", "décharge" ou "mixte".

Le tube accumulateur 1 suivant l'invention illustré sur la figure 1 comporte une paroi 2, par exemple métallique, contenant un liquide statique 3, par exemple de l'eau ou encore de l'eau dosée en sels NaCI ou tout autre solution eutectique, capable de se solidifier lorsque le tube accumulateur 1 est exposé à un fluide frigorifique à température négative.

Le tube accumulateur 1 est fermé à chaque extrémité 4, 5 par une paroi intérieurement concave, par exemple hémisphérique. Un espace d'expansion 1a est réservé entre le liquide statique 3 et la paroi cylindrique du tube accumulateur 1. Avec une disposition horizontale du tube accumulateur 1 , ladite espace d'expansion 1a et lesdits parois intérieurement concave (par exemple hémisphérique) 4, 5 constituent un moyen pour compenser l'effet d'expansion du liquide 3 en cours de solidification. L'accumulateur A suivant l'invention illustré sur la Figure 2 comprend un ensemble compact 6 de tubes accumulateurs maintenus transversalement écartés entre eux de façon sensiblement parallèle

formant ainsi des nappes de tubes 7, 8 et 9. Ces nappes sont à leur tour assemblées de façon à décaler les tubes les uns des autres, d'une nappe à l'autre comme illustré. Les tubes 1 s'étendent perpendiculaires au plan du dessin. Cet ensemble de tubes 6 accumulateurs 1 est monté dans une enceinte isothermique 10 contenant un fluide 11 dans lequel les tubes sont immergés. Une entrée 12 et une sortie 13 sont prévues respectivement en haut et en bas de l'enceinte 10 afin de faire circuler ce fluide 11 à travers l'ensemble 6 et autour des tubes accumulateurs 1 qui sont maintenus dans l'enceinte par des moyens appropriés. On comprendra que si le fluide 11 est un gaz, l'enceinte doit être fermé. Lorsque ce fluide 11 est un liquide, tel que l'eau, celle-ci sera bien entendu additionnée d'un antigel. La disposition des tubes illustrée sur la Figure 3 oblige le fluide 11 à zigzaguer à travers les nappes de tubes 1 , comme indiqué par les flèches, ce qui améliore notablement l'échange thermique.

L'accumulateur A qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante :

En mode "charge", l'entrée 12 et la sortie 13 sont connectées avec un groupe frigorifique et on fait circuler dans l'enceinte un fluide 11 à température négative. Le liquide statique 3 passe de l'état liquide à l'état solide et se transforme en glace en commençant par la périphérie jusqu'au cœur du tube.

En mode "décharge", l'entrée 12 et la sortie 13 sont connectées avec une installation d'utilisation du fluide 11 externe afin de refroidir cette installation. La fusion de la glace à l'intérieur des tubes accumulateurs 1 fournit la capacité frigorifique nécessaire à cet effet. Cette fusion commence sur la périphérie du tube accumulateur et se propage vers le centre.

En mode "mixte" l'entrée 12 et la sortie 13 sont connectées simultanément sur le groupe frigorifique et sur l'installation d'utilisation externe. La production frigorifique s'ajoute alors à la "décharge" de l'ensemble des tubes ce qui accroît considérablement la capacité totale de

refroidissement disponible. Ce fonctionnement en simultané n'est possible que grâce au fait que la fusion et la solidification à l'intérieur du tube accumulateur se produisent de façon parallèle, c'est-à-dire de l'extérieur du tube vers l'intérieur, au cœur du tube. Le schéma de la figure 4 illustre très bien un tel fonctionnement en mode "mixte".

Le système illustré sur la figure 4 comprend l'accumulateur A suivant l'invention connecté d'une part à un groupe frigorifique 15, par les conduits 16 et 17, et d'autre part à un ou plusieurs installations d'utilisation externes 22 par les conduits 17-18 et 19-16. Un distributeur 20 règle la circulation dans les différents conduits et une pompe 21 permet de pousser le fluide 11 dans les différents conduits.

On comprend que grâce au distributeur 20, on peut faire fonctionner l'ensemble du système seulement en mode "charge", seulement en mode "décharge" ou les deux à la fois, c'est-à-dire en mode "mixte". Ces trois modes de fonctionnement sont indiqués par les flèches dans le schéma de la figure 4.

L'invention présente de nombreux avantages :

Le liquide statique 3 dans le procédé de l'invention est isolé par les tubes fermés du fluide frigorifique en mode "charge", et du fluide à refroidir en mode "décharge". Par conséquent, la performance de l'accumulateur est constante jusqu'à la fusion complète de la glace dans les tubes, la qualité de l'échange thermique restant constante tant qu'il aura de la glace dans ces tubes. La fusion du liquide solidifié s'effectue de l'extérieur vers l'intérieur des tubes et la solidification dudit liquide s'effectue dans le même sens. De ce fait, il est tout à fait possible de « charger » à tout moment l'accumulateur d'une manière simple et homogène, même au cours d'un cycle de "décharge", en utilisant le groupe frigorifique en simultané. Ceci représente une capacité de refroidissement très importante mise à tout moment à la disposition de l'utilisateur pour effacer les pointes en besoins de froid.

La forme des tubes, ronde de section et longiligne, fournit la plus grande masse de liquide solidifiable pour un volume donné attribue a l'accumulateur A titre d'exemple, ces tubes peuvent avoir un diamètre d'environ 10 centimètre et une longueur entre environ 1 mètre et 6 mètres ou plus

La forme des tubes et leur disposition fournit le meilleur échange thermique entre les tubes et le fluide environnant, tout en créant une perte de charge minimale et constante sur ledit fluide circulant à l'extérieur des tubes Le fait que les tubes soient fermés sans aucune nécessité de les relier à un réseau quelconque, facilite notablement l'étude et la réalisation d'un système fngonfique à accumulation Les besoins en capacité frigorifique déterminent simplement le nombre et la longueur des tubes à installer La fabrication et le montage des tubes sont très simples et permettent toutes configurations imaginables

La mise en œuvre d'un accumulateur selon l'invention et son raccordement à une installation d'utilisation du fluide 11 est très simple puisqu'un seul circuit est nécessaire, car le procédé fonctionne avec un seul fluide dynamique II est possible d'utiliser le fluide 11 sous pression dans l'enceinte

L'invention est susceptible de diverses variantes sans sortir de la portée de l'invention

Ledit fluide 11 peut être sous forme d'un liquide contenant un antigel