Contribution à l'étude de deux méthodes de fabrication des coulis de glace par contact direct : évaporation sous vide et injection directe

Contribution to the study of ice-slurry production by means of two direct-contact techniques : vacuum cooling and direct injection

• Auteur / Autrice : Rafael Lugo
• Direction : Francis Meunier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris, CNAM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gouttes

Vide (technologie)

Évaporation

Industrie du froid

Vapeurs

Résumé

L’utilisation des fluides frigoporteurs diphasiques solide-liquide (coulis de glace) est une solution intéressante pour répondre aux nouvelles sécuritaires et environnementales concernant l’industrie du froid. Toutefois, la question de la production de la phase solide dispersée demeure un inconvénient de ce type de technologie, du fait que le générateur est coûteux en termes d’investissement et maintenance. Dans ce travail de thèse, nous étudions deux techniques d’échange par contact direct, qui pourraient permettre d’obtenir une installation moins onéreuse et plus performante. Ces techniques sont l’évaporation sous vide et l’injection directe. Cette étude porte sur le dimensionnement du générateur. Concernant l’évaporation sous vide, nous avons déterminé par le calcul et par l’expérience les courbes d’équilibre glace-liquide-vapeur pour différentes solutions aqueuses susceptibles d’être utilisées dans la production des coulis de glace. Par ailleurs, nous traitons de manière formelle et expérimentale le problème de l’évaluation du débit d’évaporation sous vide. Quant à l’injection directe, après avoir mené une étude bibliographique assez complète sur l’évaporation d’un fluide dans un milieu non miscible, nous évaluons expérimentalement les échanges de chaleur entre les deux fluides, ce qui nous permet de construire un modèle simplifié. Nous avons complété ce travail avec quelques expériences effectuées sur un prototype de générateur à injection directe.

The use of two-phase solid-liquid secondary refrigerants (ice-slurries) is an interesting solution for the refrigerating industry, which has to integrate new norms of safety and environmental aspects. However, the dispersed solid phase generator remains expensive and difficult to use. In this work, we study two direct-contact heat transfer methods, which could lead to an economic and optimal ice-slurry technology. These methods are vacuum evaporation and direct injection. This work deals with different aspects related to the sizing of this type of generators. Solid-liquid-vapour equilibria are required for vacuum cooling applications. We evaluated both theoretically and experimentally the ice-liquid-vapour equilibria for aqueous solutions whose use is considered in ice-slurry systems. Moreover, we propose an introduction to the estimation of vacuum evaporation mass flow rate. Regarding direct injection, an important bibliographic review is presented on the evaporation of one fluid in an immiscible medium. We compare this review with our experimental results on direct contact evaporation. This comparison leads to the construction of a simplified model of the evaporation. This comparison leads to the construction of a simplified model of the evaporator. Finally, some results obtained with a direct injection experimental facility are presented.