FR3089603A1 - Installation de réfrigération - Google Patents

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Abstract

Installation de réfrigération Cette installation de réfrigération comprend un module très basse température (TB) comprenant un premier circuit véhiculant un premier fluide frigorigène, comportant un premier compresseur (3), un premier échangeur thermique (5), un premier détendeur (7), une première pompe (11) et un premier évaporateur (13). Le premier fluide frigorigène est un fluide à changement de phase liquide/vapeur, et en ce que cette installation comprend un réservoir (9) dont la partie inférieure communique avec ledit premier détendeur (7) et avec ladite première pompe (11), et dont la partie supérieure communique avec ledit premier évaporateur (13) et ledit premier compresseur (3). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Description
Titre de l'invention : Installation de réfrigération
[0001] La présente invention se rapporte à une installation de réfrigération, notamment pour denrées alimentaires.
[0002] On connaît de la technique antérieure des installations de réfrigération autonomes, c’est-à-dire non raccordées au courant électrique du secteur.
[0003] De telles installations, reliées par exemple à des panneaux photo voltaïques, utilisent le courant électrique produit par ces panneaux pour faire fonctionner un circuit classique de réfrigération, comprenant un condenseur disposé à l’extérieur de l’enceinte à refroidir, et un évaporateur disposé à l’intérieur de cette enceinte.
[0004] En fonctionnement nocturne, c’est-à-dire lorsque les panneaux photovoltaïques ne produisent plus d’électricité, différentes solutions existent pour continuer à fabriquer du froid.
[0005] Une première solution consiste à recharger pendant la journée des accumulateurs électriques au moyen du courant fabriqué par les panneaux photovoltaïques, ces accumulateurs restituant pendant la nuit le courant électrique nécessaire au fonctionnement de l’installation de réfrigération. Cette première solution nécessite l’utilisation d’accumulateurs à forte capacité et dont la durée de vie est limitée, ce qui induit des coûts élevés.
[0006] Une deuxième solution consiste à utiliser de la glace, fabriquée par l’installation de réfrigération pendant la journée, et dont la fonte pendant la nuit fournit les frigories nécessaires au maintien des basses températures dans l’enceinte réfrigérée. Cette deuxième solution présente l’inconvénient de ne pas permettre d’atteindre des températures très basses, et de ne pas permettre de contrôler ni de réguler la quantité de réserve thermique disponible.
[0007] Ainsi, la présente invention vise à fournir une installation de réfrigération relativement coûteuse, permettant d’atteindre des températures très basses, et dont la réserve thermique disponible peut être parfaitement connue et régulée.
[0008] On atteint ce but de l’invention avec une installation de réfrigération comprenant un module très basse température comprenant un premier circuit véhiculant un premier fluide frigorigène, comportant un premier compresseur, un premier échangeur thermique, un premier détendeur, une première pompe et un premier évaporateur, remarquable en ce que le premier fluide frigorigène est un fluide à changement de phase liquide/vapeur, et en ce que cette installation comprend un réservoir dont la partie inférieure communique avec ledit premier détendeur et avec ladite première pompe, et dont la partie supérieure communique avec ledit premier évaporateur et ledit premier compresseur.
[0009] L’utilisation d’un réservoir contenant un fluide de refroidissement à changement de phase liquide/vapeur permet, de manière extrêmement simple et parfaitement contrôlable, d’enrichir la phase liquide de ce réservoir en fonctionnement diurne lorsque le compresseur fonctionne, puis, par simple pompage et évaporation de la phase liquide vers la phase gazeuse du fluide de refroidissement situé dans le réservoir, de refroidir avec une très faible consommation d’énergie les produits situés dans l’enceinte réfrigérée.
[0010] Cette faible énergie peut être fournie par des accumulateurs de faible capacité.
[0011] Suivant d’autres caractéristiques optionnelles de la présente invention :
[0012] - elle comprend en outre un module basse température relié en cascade audit premier échangeur thermique ;
[0013] - ledit module basse température comprend un deuxième circuit de refroidissement comprenant une source de froid formée par un matériau à changement de phase solide/ liquide, et un troisième circuit de refroidissement comprenant des moyens pour refroidir ce matériau ;
[0014] - le deuxième circuit de refroidissement comprend une unité de stockage dudit matériau à changement de phase solide/liquide, et il véhicule un deuxième fluide de refroidissement circulant dans une deuxième pompe, dans un deuxième échangeur thermique, dans un troisième échangeur thermique, et dans ledit premier échangeur thermique, puis revenant dans ladite unité de stockage ;
[0015] - ledit troisième circuit de refroidissement véhicule un troisième fluide de refroidissement circulant dans un deuxième compresseur disposé en aval du deuxième échangeur thermique, dans un deuxième évaporateur, dans un deuxième détendeur, puis revenant dans ledit deuxième échangeur thermique ;
[0016] - ledit troisième fluide de refroidissement est un fluide réfrigérant de synthèse de type hydro-fluoro-carbone oléfine ;
[0017] - ledit premier fluide de refroidissement est du dioxyde de carbone de type R744.
[0018] L’utilisation de dioxyde de carbone de type R744 est particulièrement adaptée comme fluide de refroidissement à changement de phase liquide/vapeur, étant donné qu’il est à la fois très facilement pompable, et peu dangereux pour l’environnement.
[0019] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l’examen de la figure ci-annexée, représentant une installation selon la présente invention, dans le cas particulier où elle comprend d’une part un circuit de refroidissement très basse température, et d’autre part un circuit de refroidissement basse température monté en cascade avec le précédent.
[0020] Il faut toutefois bien comprendre que l’invention n’est pas limitée à cette installation complexe, et qu’elle porte plus particulièrement sur le circuit de refroidissement très basse température, qui pourrait être utilisé indépendamment du circuit de refroidissement basse température.
[0021] [fig.l] En se reportant à la figure annexée, on peut voir que le circuit très basse température, désigné par la référence générale TB, comprend des canalisations 1 véhiculant un premier fluide de refroidissement, ces canalisations reliant entre eux un premier compresseur 3 alimenté par une source d’énergie électrique, un premier échangeur thermique 5, un premier détendeur 7, un réservoir 9, une première pompe 11 et un évaporateur 13 situé dans une enceinte où l’on souhaite maintenir des produits, tels que des denrées alimentaires, à une température à cœur très basse, située typiquement dans une fourchette allant de -20 °C à -40 °C.
[0022] Plus précisément, le réservoir 9 est relié dans sa partie inférieure d’une part au premier détendeur 7, et d’autre part à la première pompe 11, et dans sa partie supérieure d’une part à l’évaporateur 13 et au premier compresseur 3.
[0023] Les canalisations 1 et le réservoir 9 contiennent un fluide de refroidissement pompable à changement de phase liquide/vapeur, tel que le dioxyde de carbone R744 commercialisé par exemple par la société Air Liquide.
[0024] Ainsi, dans la partie inférieure du réservoir 9 se trouve la phase liquide de ce fluide, et dans la partie supérieure de ce réservoir se trouve la phase vapeur de ce liquide.
[0025] Le circuit de refroidissement basse température, désigné par la référence générale B sur la figure ci-annexée, comprend tout d’abord une unité 15 de stockage d’un matériau de refroidissement à changement de phase solide/liquide.
[0026] Un tel matériau, connu en soi, peut-être un matériau à changement de phase organique insoluble dans l’eau, dérivé de matières premières à base de plantes et sous forme d’une cire cristalline ou d’un liquide huileux, non corrosif et non toxique.
[0027] Typiquement, ce matériau à changement de phase ce liquéfie à environ -21 °C, et se cristallise à -27 °C.
[0028] L’unité de stockage 15 est reliée par des canalisations 17 à une deuxième pompe 19, à un deuxième échangeur thermique 21, à un troisième échangeur thermique 23 situé dans une enceinte, distincte de la précédente, dans laquelle se trouvent des produits que l’on souhaite maintenir à une température à cœur situé typiquement dans une fourchette allant de -5 °C à +10 °C.
[0029] Le troisième échangeur thermique 23 est lui-même relié au premier échangeur thermique 5, lequel est à son tour relié à l’unité de stockage 15.
[0030] Dans les canalisations 17 circule d’un deuxième fluide de refroidissement.
[0031] Le deuxième échangeur thermique 21 est relié par des canalisations 25 successivement à un deuxième compresseur 27, à un deuxième évaporateur 28, à un réservoir de stockage de fluide 29, et à un deuxième détendeur 31 lui-même relié à ce deuxième échangeur thermique 21.
[0032] Un troisième fluide de refroidissement, tel qu’un fluide de synthèse de type hydrofluoro-carbone oléfine, circule dans les canalisations 25.
[0033] Le mode de fonctionnement de l’installation de réfrigération ci-dessus exposée est le suivant.
[0034] Pendant la journée, du courant électrique pouvant provenir de panneaux photovoltaïques, ou bien de tout autre générateur de courant non relié au secteur (par exemple énergie électrique d’origine éolienne) alimentent les compresseurs 3 et 27, ainsi que les pompes 11 et 19.
[0035] Le premier compresseur 3 permet de condenser la phase vapeur du premier fluide de refroidissement située dans la partie supérieure du réservoir 9.
[0036] La chaleur dégagée par cette condensation est évacuée via le premier échangeur thermique 5 dans le deuxième fluide de refroidissement circulant dans les canalisations 17 du module basse température.
[0037] Lors de sa détente à travers le détendeur 7, le premier fluide de refroidissement voit sa température s’abaisser considérablement, et son pompage par la pompe 11 en direction de l’évaporateur 13 permet de refroidir les produits situés dans l’enceinte à très basse température.
[0038] Ce faisant, cette évaporation a également pour effet d’enrichir la phase vapeur située à l’intérieur du réservoir 9.
[0039] Le refroidissement en cascade du premier fluide de refroidissement circulant dans les canalisations 1 par le deuxième fluide de refroidissement circulant dans les canalisations 17, est opéré par l’intermédiaire du premier échangeur thermique 5.
[0040] En fonctionnement diurne, le deuxième fluide de refroidissement, dont la circulation est assurée par la deuxième pompe 19, est refroidi d’une part par la fonte du matériau à changement de phase située dans l’unité de stockage 15, et d’autre part par le troisième fluide de refroidissement circulant dans les canalisations 25, subissant lui-même un cycle de compression/détente grâce au deuxième compresseur 27 et au deuxième détendeur 31.
[0041] Plus précisément, ce troisième fluide de refroidissement permet, par l’intermédiaire du deuxième échangeur thermique 21, d’abaisser suffisamment la température du deuxième fluide de refroidissement circulant dans les canalisations 17, pour assurer, pendant la journée, la cristallisation du matériau à changement de phase solide/liquide situé dans l’unité de stockage 15, et dont la température de cristallisation peut être typiquement de l’ordre de -27 °C.
[0042] Le deuxième liquide de refroidissement circulant dans les canalisations 17 permet, grâce à un troisième échangeur thermique 23, d’assurer une température basse dans une enceinte où se trouvent des produits dont on souhaite conserver la température à cœur dans une fourchette pouvant aller typiquement de -5 °C à +10 °C.
[0043] Pendant la nuit, la source externe d’approvisionnement électrique (par exemple panneaux photovoltaïques) ne produit plus d’électricité, et les compresseurs 3 et 27 cessent de fonctionner. Seules les pompes 11 et 19 fonctionnent, sur des accumulateurs de capacités relativement faible.
[0044] Le fonctionnement de la pompe 11, permettant de faire circuler le premier fluide de refroidissement à travers l’évaporateur 13, convertit peu à peu la phase liquide de ce fluide situé dans le réservoir 9 en phase gazeuse située dans la partie supérieure de ce réservoir, fournissant au passage les frigories nécessaires au maintien à très basse température des produits situés dans l’enceinte concernée.
[0045] S’agissant de l’enceinte à basse température, la basse température souhaitée est maintenue grâce à la circulation du deuxième fluide de refroidissement dans les canalisations 17 au moyen de la deuxième pompe 19, ce deuxième fluide étant refroidi par la fonte du matériau à changement de phase située à l’intérieur de l’unité 15.
[0046] Comme on peut le comprendre à la lumière de la description qui précède, l’installation de réfrigération selon l’invention, qui peut être utilisée soit seulement avec le module très basse température, soit avec une combinaison de ce module avec le module basse température, permet de maintenir les basses températures souhaitées lorsque l’installation n’est plus alimentée en courant électrique.
[0047] Cette invention convient donc particulièrement pour les installations de réfrigération alimentées par des sources électriques autonomes et intermittentes, telles que des panneaux photovoltaïques, ou bien des éoliennes.
[0048] Une installation selon l’invention peut ainsi être installée dans des zones très reculées, non reliées au courant électrique du secteur.
[0049] Une régulation électronique peut avantageusement être envisagée, afin de piloter les charges et décharges de frigories stockées en liaison avec la charge disponible accumulateurs électrique en mode nocturne et le courant de crête disponible en mode diurne.
[0050] De manière particulièrement avantageuse, l’installation de réfrigération selon l’invention peut être mobile, et comporter 2 enceintes, l’une très basse température avec pour objectif d’obtenir une température à cœur des produits réfrigérés située entre -20 °C et -40 °C, et l’autre basse température avec pour objectif d’obtenir une température à cœur des produits réfrigérés située entre -5 °C et +10 °C.
[0051] Bien entendu, la présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrite est représentée.
[0052] D’autres fluides et matériaux à changement de phase que ceux qui ont été évoqués peuvent être utilisés. A titre d’exemple, le fluide frigorifique R404A (mélange zéotropique de fluoréthanes) peut être une alternative au dioxyde de carbone R744.

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Installation de réfrigération comprenant un module très basse température (TB) comprenant un premier circuit véhiculant un premier fluide frigorigène, comportant un premier compresseur (3), un premier échangeur thermique (5), un premier détendeur (7), une première pompe (11) et un premier évaporateur (13), caractérisée en ce que le premier fluide frigorigène est un fluide à changement de phase liquide/vapeur, et en ce que cette installation comprend un réservoir (9) dont la partie inférieure communique avec ledit premier détendeur (7) et avec ladite première pompe (11), et dont la partie supérieure communique avec ledit premier évaporateur (13) et ledit premier compresseur (3). [Revendication 2] Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un module basse température (B) relié en cascade audit premier échangeur thermique (5). [Revendication 3] Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit module basse température (B) comprend un deuxième circuit de refroidissement comprenant une source de froid (15) formée par un matériau à changement de phase solide/liquide, et un troisième circuit de refroidissement comprenant des moyens pour refroidir ce matériau. [Revendication 4] Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le deuxième circuit de refroidissement comprend une unité de stockage (15) dudit matériau à changement de phase solide/liquide, et en ce qu’il véhicule un deuxième fluide de refroidissement circulant dans une deuxième pompe (19), dans un deuxième échangeur thermique (21), dans un troisième échangeur thermique (23), et dans ledit premier échangeur thermique (5), puis revenant dans ladite unité de stockage (15). [Revendication 5] Installation selon l’une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit troisième circuit de refroidissement véhicule un troisième fluide de refroidissement circulant dans un deuxième compresseur (27) disposé en aval du deuxième échangeur thermique (21), dans un deuxième évaporateur (28), dans un deuxième détendeur (31), puis revenant dans ledit deuxième échangeur thermique (21). [Revendication 6] Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit troisième fluide de refroidissement est un fluide réfrigérant de synthèse de type hydro-fluoro-carbone oléfine. [Revendication 7] Installation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier fluide de refroidissement est du dioxyde
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