FR2839359A1 - Refroidisseur d'eau en continu - Google Patents
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Abstract
Refroidisseur d'eau opérant par détente directe sur l'eau du réseau, comportant un groupe de production de froid à gaz frigorigène et une cuve de refroidissement à eau thermiquement isolée, le circuit du gaz frigorigène étant constitué de deux branches parallèles :- une première branche comportant un premier serpentin dont les spires sont disposées d'une part à proximité de la paroi de la cuve et d'autre part sous le niveau de l'eau remplissant la cuve, pour y former un banc de glace;- une seconde branche comportant un second serpentin décalé axialement à l'extérieur du premier et dont l'une des extrémités est disposée au moins au niveau de l'extrémité proximale dudit premier serpentin.Le second serpentin étant doublé par un serpentin coaxial véhiculant l'eau du réseau à refroidir, ce dernier se prolongeant le long du banc de glace constitué autour du premier serpentin.
Description
d'air chaud (2) par un manchon souple (9).
Refroidisseur d'eau en continu La presente invention a trait a un refroidisseur d'eau permettant d'abaisser la temperature de lteau du reseau pour un fonctionnement pratiquement en continu entre 0 et 3 C. Le refroidisseur de ['invention est notamment utilise dans le domaine de la boulangerie, domaine dans lequel l'eau utilisee pour la fabrication de la pate doit etre a la temperature la plus basse possible pour qu'en fin du processus de petrissage, qui augmente bien evidemment la temperature de la pate, celle-ci
ne depasse pas 25 C.
Les trots elements qui interviennent dans la preparation de la pate au moment du petrissage vent l'eau, I'air ambient et la farine. Cette derriere est a ia temperature du fournil, alors que celle de l'air depend notamment des conditions climatiques, mais n'est en general pas inferieure a 18-20 C. L'ete, cette temperature peut en revanche etre sensiblement plus elevee, ce qui complique
considerablement le probleme.
Pour que ia condition precedente soit remplie (temperature de la pate inferieure ou egale a 25 C), il est etabli que la somme des temperatures de l'eau, de l'air et de la farine doit etre inferieure ou egale a 54 C. Pour y parvenir, notamment en ete lorsque la temperature ambiante est elevee, il faut que lteau, seule composante sur laquelle il est possible d'influer dans des conditions
techniques acceptables, soit a tres basse temperature.
La quantite d'eau froide requise est variable selon ['importance, voire le type de la boulangerie. Une boulangerie de quartier produit par exemple une quantite de pain et done de pate necessitant une quantite d'eau froide bien inferieure a la quantite que requiert la production d'une grande surface. Dans nombre de cas, le moyen de production d'eau froide est constitue par des cuves de stockage d'eau refroidie a ['aide d'un serpentin en cuivre ou en inox jouant le role d'evaporateur du circuit froid, lequel est parcouru par un gaz frigorigene. La quantite d'eau froide stockee depend de ['importance de la production de pain, et les fabricants de refroidisseurs proposent par consequent une gamme de cuves dont les volumes vent adaptes aux differentes utilisations. II existe ainsi des cuves qui peuvent stocker 1000 litres d'eau refroidie a 0 3 5 3 C, pour un usage en grande surface. A l'autre extremite du spectre d'utilisation, les foumisseurs proposent egalement des cuves de 90 litres, plus
particulierement configurees pour les petites boulangeries de quartier.
Une telle solution, outre qu'elle ntest pas parfaite en termes d'hygiene, est peu souple, et ne permet en tout etat de cause aucune adaptabilite a une variation imprevue de la production. Ainsi, le boulanger qui decide ponctuellement d'augmenter sa production sera dans ltobligation de remplir une seconde fois la cuve dont il dispose, et il devra des lors attendre que l'eau nouvellement stockee soit a son tour refroidie, ce qui peut prendre plusieurs heures. A ['inverse, une grande surface consommera la meme energie de refroidissement meme si elle decide de fortement baisser sa production pour
une periode limitee.
Pour pallier ce manque de souplesse, il a ete propose des refroidisseurs operant dans une certaine mesure en continu, a ['aide de cuves a banes de grace. Ces cuves vent munies d'un serpentin peripherique dans lequel circule un gaz frigorigene qui abaisse la temperature de l'eau a son voisinage jusquta y creer un bane de grace peripherique, lequel abaisse a son tour progressivement la temperature de l'eau jusqu'au centre de la cuve, parcourue par un autre
serpentin dans lequel circule l'eau a refroidir.
Ce demier systeme n'est pas non plus satisfaisant, car au bout d'un certain nombre de tirages de 60 litres d'eau (quantite normalement utilisee en boulangerie pour realiser la masse de pate a petrir standard selon les normes de fonctionnement des appareils industrials de boulangerie), la grace a fondu, et il faut alors plusieurs heures pour reconstituer un bane de grace. Typiquement, au bout de six tirages de 60 litres, la grace est epuisee, et il faut environ 8 heures pour recreer un bane de taille appropriee. Or, un volume correspondent
a 6 tirages est notoirement insuffisant par exemple pour les grandes surfaces.
11 y a dans ce cas une rupture nette dans la continuite de production d'eau froide, et done de pate a petrir, rupture qui s'inscrit d'ailleurs egalement au 2 5 detriment de la souplesse d'utilisation de ce type de dispositif pour la
production d'eau froide.
L' invention se p ropos e de remedier a ces insuffisances, en p ropos ant un refroidisseur qui offre, dans le contexte de fonctionnement d'une boulangerie aussi bien de petite taille que d'hypermarche, une possibilite de tirage d'eau
3 0 que 1'on peut qualifier de continu.
Le dispositif de ['invention est classiquement base, comme ses devanciers, sur un groupe de production de froid a gaz frigorigene, ainsi que sur une cuve de refroidissement thermiquement isolee et remplie d'eau cite de refroidissement. 11 se caracterise a titre principal en ce que le circuit du gaz frigorigene est constitue de deux branches paralleles: - une premiere branche comportant un premier serpentin dont les spires vent disposees d'une part a proximite de la paroi de la cuve et d'autre part sous le niveau de l'eau remplissant la cuve, pour y former un bane de grace; - une seconde branche comportant un second serpentin decale axialement a l'exterieur du premier et dont l'une des extremites est disposee au moins au niveau de l'extremite proximale audit premier serpentin. Le second serpentin etant double par un serpentin coaxial vehiculant i'eau du reseau a refroidir, ce dernier se prolongeant le long du bane de grace
constitue par le premier serpentin.
L'invention propose de fait un premier pre-refroidissement de l'eau, a ['aide du serpentin double, suivi d'un refroidissement supplementaire plus classique au moyen d'un bane de grace. Dans la seconde partie du traitement a ['aide du bane de grace, I'eau n'est des lors plus a temperature du reseau (16-18 C), mais elle a deja ete refroidie par le second serpentin et se trouve a une
temperature aux alentours de 1 0 C.
De ce fait, les echanges de temperature dans la deuxieme phase vent tels que le bane de giace est beaucoup moins sollicite, et qu'il s'epuise par
consequent moins vise, meme en cas de tirages repetes.
En realite, il y a dans ['invention deux moyens de refroidissements distincts
et qui s'exercent sensiblement sequentiellement sur le liquide a refroidir.
Selon une configuration possible, le serpentin double est dispose au moins partiellement au-dessus du niveau de l'eau remplissant la cuve de refroidissement. La detente directe realisee dans le double serpentin n'est en effet pas tributaire de et nta en principe pas d'effet sur l'eau de refroidissement remplissant la cuve. Pour ameliorer le rendement des echanges thermiques, le pre-refroidissement est en fait effectue jusqu'a ce que le bane de grace prenne en charge la seconde phase du refroidissement. Pour cette raison, ledit bane etant immerge dans l'eau, la portion double du serpentin comporte une extremite situee sous le niveau de l'eau, a proximite de l'extremite du premier
3 0 serpentin.
De preference, les serpentine vent prevus coaxiaux. Le serpentin devenu simple est des lors dispose a equidistance du bane de grace. Cette configuration garantit que le refroidissement de l'eau, au moins dans sa seconde
phase, s'effectue continGment et de maniere uniforme.
Les deux branches du drcuit frigorigene vent controlees chacune par une electrovanne. En effet, les circuits gazeux, par exemple de freon, constituent les deux branches fonctionnent certes en parallele, mais dolvent pouvoir etre coupes selon la phase de production, I'epaisseur du bane de grace, etc. selon
un mode de fonctionnement qui sera explique plus en detail dans la suite.
De meme, le drcuit d'eau du reseau comporte un controleur de debit qui gere la circulation du gaz, laquelle doit par exemple etre stoppee s'il n'y a pas
de tirage, afin d'eviter que lteau ne gele dans la tubulure spiralee.
La cuve comporte enfin un capteur d'epaisseur du bane de grace, qui fournit une information sur une epaisseur seuil de ce dernier a partir de laquelle la circulation du gaz frigorigene doit etre coupee dans le serpentin que recouvre le bane de grace. En ['absence de cette indication, ledit bane pourrait se developper inconsiderement, voire recouvrir le serpentin vehiculant l'eau a
refroidir, au risque de faire geler cette derriere et d'endommager la tubulure.
La cuve est bien entendu egalement munie d'au moins un moyen d'agitation de l'eau de refroidissement, de maniere a repartir correctement les frigories, en vue de realiser un refroidissement uniforme de lteau. Comme pour la configuration geometrique des serpentine (coaxiaux), cette mesure vise aussi a equilibrer dans l'espace le processus de refroidissement, qui s'applique de maniere sensiblement identique quel que soit ltendroit de la configuration a
symetrie de revolution du systeme.
De preference, le serpentin double est constitue d'un serpentin interne
vehiculant le gaz frigorigene et d'un serpentin externe vehiculant l'eau a refroidir.
Cette solution est plus avantageuse en termes de rendement.
De preference encore, dans le serpentin double, les sens de circulation de
l'eau et du gaz frigorigenes vent inverses.
La presente invention va a present etre decrite plus en detail, en reference aux figures annexees, pour lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective d'un refroidisseur selon ['invention; 2 S - la figure 2 represente, en perspective eclatee, le refroidisseur de la figure 1; - la figure 3 est un schema de fonctionnement du refroidisseur de ['invention; - la figure 4 montre, selon une vue en elevation, le double serpentin realisant notamment le pre-refroidissement de l'eau; - la figure 5 represente, en vue en elevation, le serpentin peripherique 3 0 formant le bane de grace; - la figure 6 represente, toujours selon une vue en elevation, les circuits fluides representes respectivement en figure 4 et 5, dans leur configuration embotee; et - la figure 7 est un diagramme figurant la temperature de lteau produite en fonction du nombre de coulees demandees, sachant que celles-ci vent
limitees a trots par heure.
En reference a la figure 1, le refroidisseur de ['invention, bien entendu implante dans un bati B. comporte un groupe de refroidissement (1) classique dont le fluide frigorigene est par exemple du freon, lequel est envoye dans deux branches paralleles notamment formees de serpentine distincts (voir figure
3), via des electrovannes (2 et 3) de controle.
En partie inferieure, le dispositif de ['invention comporte une cuve (4) thermiquement isolee, destinee a recevoir l'eau de refroidissement notamment
S refroidie par le bane de grace (11).
La figure 2 illustre de maniere plus precise la configuration du refroidisseur de ['invention. La plupart des elements constitutifs de la structure du refroidisseur ne vent cependant pas directement lies a ['invention, et ne vent done pas decrits en detail dans la suite. II en va ainsi pour les differents composants du groupe de refroidissement, qui vent classiques et bien connus dans le domaine technique
de ['invention.
En reference a la figure 3, le groupe de refroidissement (1) comporte une tubulure de sortie (6), qui se divise en deux branches (7 et 8), a ltentree desquelles se trouvent lesdites electrovannes (2 et 3). La branche (7) alimente le serpentin interne (9) du serpentin double, alors que la branche (8) alimente le serpentin (10) constitutif du bane de grace (11). Ces deux branches (7 et 8) se rejoignent en une tubulure commune a ['entree (12) du groupe de
refroidissement (1).
Le serpentin externe (13) du serpentin double est alimente par une tuyauterie (14) raccordee au reseau d'eau. A ['entree du conduit (14), un controleur de debit (15) permet de reguler ou de stopper la circulation de gaz dans le serpentin (9), qui devient des lors fonction de la circulation d'eau dans le
serpentin (13).
De fait, le controleur (15) et les electrovannes (2 et 3) permettent d'adapter 2 S le fonction nement au contexte d' utilisation du refroidisseu r. Ainsi, la situation n 'est pas la meme selon que l'on tire de l'eau ou que lion n'en tire pas, selon qu'il y ait eu des tirages recents ou anciens, selon que le bane de grace est totalement constitue ou non, etc. Dans certains cas, les deux branches (7, 8) du circuit de gaz frigorigene fonctionnent en temps masque, lorsqu'il n'est pas necessaire 3 0 qu'ils soient actifs en meme temps. Ainsi en est-il par exemple lorsque le bane de grace (11) est completement constitue (la sonde d'epaisseur de grace (non representee) indique que ce bane (11) presente son volume maximal): dans ce cas, il n'est nullement necessaire de faire circuler le freon dans le serpentin (10). La figure 4 montre de maniere plus detaillee le serpentin double et plus particulierement le circuit du gaz frigorigene qui s'y rattache. Un filtre deshydrateur (16) est dispose en amont de l'electrovanne (2) (et egalement de l'electrovanne (3) puisqu'il se situe en amont de la separation des branches (7 et 8)). II est a noter que le gaz frigorigene circule en sens inverse du sens
d'ecouiement de l'eau.
Cette figure montre clairement que le serpentin double ne constitue en fait que la moitie de la totalite de la longueur du serpentin geometrique represente, ce qui est parfaitement coherent avec la fonction de la branche (7): realiser un pre-refroidissement de l'eau. Dans sa partie inferieure, devenu simple, le serpentin ne vehicule plus que de l'eau, laquelle est a present refroidie par l'eau stockee dans la cuve (4). Cette partie inferieure est d'ailleurs disposee en regard du serpentin (10) represente en figure 5 equipant la seconde branche
(8) du circuit de freon, serpentin (10) qui donne naissance au bane de grace (11).
Le positionnement relatif des differents serpentine (9, 10, 13) appara^'t en figure
6, qui montre egalement leurs structures support ("peignes" peripheriques) .
C'est le circuit complexe de la figure 6 qui est dispose dans et audessus de la
cuve (4).
Enfin, la figure 7 donne une idee de la temperature de lteau en fonction du nombre de tirages de volumes equivalents a 60 litres d'eau chacun, en considerant que 3 tirages au maximum vent fan's par heure. Dans cette hypothese, la temperature de l'eau ne depasse les 3 C qu'aux alentours du e tirage, c'est-a-dire apres 8 heures de consommation "en continu" dans le
contexte de travail d'une boulangerie.
Sur un plan theorique, le fait que la temperature ne soit pas maintenue sous les 3 C quel que soit le nombre de tirages (toujours dans l'hypothese de 3 tirages de 60 litres par heure) interdit en principe de qualifier ce fonctionnement de continu. En pratique, compte tenu du contexte reel de fonctionnement d'une boulangerie, le fait de pouvoir disposer pendant 8 heures d'affilee de la possibilite de firer trots fois 60 litres d'eau par heure conduit a combler les besoins d'une boulangerie traditionnelle: on peut done parler de continuite pratique. L'exemple du refroidisseur donne ci-dessus ne doit pas etre considere comme exhaustif de ['invention, qui englobe au contraire toutes les variantes de
forme et de configuration qui vent a la portee de lthomme de ['art.
Claims (9)
1. Refroidisseur d'eau operant par detente directe sur l'eau du reseau, comportant un groupe de production de froid (1) a gaz frigorigene et une cuve de refroidissement (4) a eau thermiquement isolee, caracterise en ce que le circuit du gaz frigorigene est constitue de deux branches (7, 8) paralleles: - une premiere branche (8) comportant un premier serpentin (10) dont les spires vent disposees d'une part a proximite de la paroi de la cuve (4) et d'autre part sous le niveau de lteau remplissant la cuve, pour y former un bane de grace (11); - une seconde branche (7) comportant un second serpentin (9) decale axialement a l'exterieur du premier (10) et dont l'une des extremites est disposee au moins au niveau de l'extremite proximale audit
premier serpentin (10).
Le second serpentin (9) etant double par un serpentin coaxial (13) vehiculant l'eau du reseau a refroidir, ce dernier se prolongeant le long
du bane de grace (11) constitue autour du premier serpentin (10).
2. Refroidisseur d'eau selon la revendication precedente, caracterise en ce que le serpentin double (9, 13) est dispose au moins partiellement au
dessus du niveau de l'eau remplissant la cuve de refroidissement (4).
3. Refroidisseur d'eau selon l'une quelconque des revendications
precedentes, caracterise en ce que les serpentine (9, 10, 13) vent coaxiaux.
2 5
4. Refroidisseur d'eau selon l'une quelconque des revendications
precedentes, caracterise en ce que les deux branches (7, 8) du circuit
frigorigene vent controlees chacune par une electrovanne (2, 3).
5. Refroidisseur d'eau selon l'une quelconque des revendications
precedentes, caracterise en ce que le circuit d'eau du reseau comporte
un controleur de debit (15).
6. Refroidisseur d'eau selon l'une quelconque des revendications
precedentes, caracterise en ce que la cuve (4) comporte un capteur
d'epaisseur du bane de grace.
7. Refroidisseur d'eau selon l'une quelconque des revendications
precedentes, caracterise en ce que la cuve (4) est munie d'au moins un
moyen d'agitation de l'eau de refroidissement.
8. Refroidisseur d'eau Solon rune quelconque des revendications
precedentes, caracterise en ce que le serpentin double (9, 13) est constitue d'un serpentin interne (9) vehiculant le gaz frigorigene et d'un
serpentin externe (13) vehiculant l'eau a refroidir.
9. Refroidisseur d'eau selon la revendication precedents, caracterise en ce que, dans le serpentin double (9, 13), les sens de circulation de l'eau et
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