Brevet FR2672114A1 — publié le 19920731

UNI TES DE REFRIGERATION POUR ENCEINTES REFRIGEREES ET INSTALLATION DE REFRIGERATION UTILISANT DE TELLES UNITES La présente invention concerne les unités de réfrigération alimentées en fluide de refroidissement provenant d'une source de froid et elle se rapporte également à une installation de réfrigération, notamment pour magasin, et destinée plus particulièrement à la réfrigération de plusieurs comptoirs de présentation de produits alimentaires, à partir d'une centrale de production frigorifique. Une telle installation comprend une source centrale de froid mettant en circulation dans une canalisation de distribution un fluide de refroidissement, et des postes réfrigérés reliés à ladite canalisation et à une canalisation de retour de ce fluide vers la source centrale. La présente invention s'applique également aux enceintes réfrigérées, par exemple aux vitrines réfrigérées utilisant de telles unités de réfrigération. I1 est connu d'équiper les ensembles de comptoirs et de vitrines réfrigérées de circuits à fluide réfrigérant vaporisable, par exemple les chlorofluorocarbones, tels fréon et autres, raccordés à une centrale frigorifique à compression. Un équipement de ce genre est coûteux, car il impose d'utiliser un volume important de fluide frigorifique et il présente des risques, une fuite de fluide frigorifique polluant dans l'atmosphère et vers les aliments étant toujours possible aux différentes connexions des circuits. La présente invention a ainsi pour objet des unités de réfrigération et des installations de réfrigération ne présentant pas ces divers inconvénients, c'est-à-dire relativement économiques parce que n'utilisant qu'un volume réduit de fluide frigorifique type fréon, et beaucoup moins dangereuses, comme on le verra ci-après. A cet effet, l'unité de réfrigération selon l'invention comporte un circuit scellé à fluide réfrigérant vaporisable à une température de réfrigération, ce circuit étant formé d'au moins un condenseur en situation d'échange de chaleur avec le fluide de refroidissement et d'au moins un évaporateur constituant le générateur de froid de l'unité et placé à un niveau inférieur à celui du condenseur, le condenseur et l'évaporateur sont reliés par une tuyauterie dite vapeur et par une tuyauterie dite liquide de plus petite section, collectant par gravité les condensats du condenseur et munie, le cas échéant, de moyens de détente, le type et la charge de fluide réfrigérant du circuit scellé étant déterminés pour correspondre à une température de réfrigération souhaitée à l'évaporateur en maintenant en service une colonne de liquide du fluide réfrigérant dans la tuyauterie liquide. Selon un mode de réalisation de cette unité, le fluide de refroidissement consiste en un fluide caloporteur sans changement d'état, tel qu'eau glycolée. Dans les enceintes réfrigérées utilisant de telles unités de réfrigération, le condenseur est disposé sur la paroi supérieure de l'enceinte réfrigéré tandis que l'évapo- rateur est disposé à la partie inférieure et à l'intérieur de l'enceinte réfrigérée en étant séparé du condenseur par une différence d'altitude propre à activer le retour des condensats à l'évaporateur par gravité. De préférence, le condenseur est disposé sur la paroi supérieure de l'enceinte à l'extérieur de celle-ci, les tuyauteries vapeur et liquide traversant ladite paroi supérieure. Le circuit du condenseur et de l'évaporateur une fois scellé peut former, avec un échangeur de chaleur parcouru par le fluide de refroidissement, une unité de réfrigération amovible après séparation d'avec le circuit de fluide de refroidissement consistant en un fluide caloporteur sans changement d'état, tel que de l'eau glycolée. L'unité de réfrigération peut être amovible et alors elle sera introduite dans l'enceinte réfrigérée à travers une ouverture ménagée dans la paroi supérieure de cette enceinte et refermée par une isolation thermique après mise en place de l'unité de réfrigération. L'installation de réfrigération selon l'invention, destinée par exemple à l r équipement d'un magasin comportant plusieurs postes ou meubles réfrigérés, cette installation comprenant une source centrale de froid mettant en circulation dans une canalisation de distribution un fluide de refroidissement, est caractérisée en ce qu'elle comporte, pour chaque poste réfrigéré, une unité de réfrigération consistant en un circuit fermé contenant une charge déterminée d'un fluide réfrigérant, avec, en partie basse, un évaporateur et, en partie haute, un condenseur, reliés l'un à l'autre par une conduite ascendante de fluide gazeux et par une canalisation descendante de fluide liquide, ledit condenseur étant en relation d'échange thermique avec le fluide de refroidissement amené par la canalisation de distribution de fluide de la source centrale de froid. Cette installation est en outre remarquable en ce que le circuit de l'unité de réfrigération est scellé en usine après avoir reçu la charge déterminée de fluide réfrigérant correspondant à la température de fonctionnement souhaitée de l'évaporateur. Selon une caractéristique de l'invention, le fluide de refroidissement de la source centrale est un fluide caloporteur sans changement d'état tel que de l'eau glycolée. Une telle installation présente de nombreux avantages par rapport aux installations habituelles. Le circuit fermé de chaque unité de réfrigération ne contient qu'une faible quantité de fluide réfrigérant. I1 est avantageusement possible de sceller ce circuit en usine, ce qui augmente la sécurité d'emploi et diminue considérablement les risques de fuite. Si, en outre, la source centrale de froid fonctionne avec un fluide caloporteur simple, par exemple de l'eau glycolée, plutôt qu'avec un fluide réfrigérant vaporisable, la connexion des canalisations de distribution et d'aspira tion de ce fluide avec le condenseur de chaque unité, ne relève que du simple domaine de la plomberie traditionnelle. Les risques liés à des fuites éventuelles sont évités et les précautions de montage et d'emploi très diminuées. On doit encore ajouter les économies résultant du recours au principe de la circulation de retour du fluide réfrigérant liquide par gravité, qui se traduisent par la suppression de compresseur dans le circuit de refroidissement de chaque unité, ainsi que de toute source d'énergie motrice extérieure. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs mieux de la description suivante donnée uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'une forme de réalisation d'une unité de réfrigération selon l'invention équipant une installa tion de réfrigération selon l'invention; - la figure 2 illustre, de manière également schémati que, le montage en parallèle de plusieurs unités de réfrigération, trois dans cet exemple, sur un même circuit de fluide de refroidissement; - la figure 3 représente un exemple pratique d'implan tation d'une installation de réfrigération selon l'invention. Dans la forme de réalisation choisie et représentée de manière très schématique à la figure 1, l'unité de réfrigération 10 comprend, à sa partie supérieure, un condenseur 11 et à sa partie inférieure un évaporateur 12, reliés l'un à l'autre par une tuyauterie vapeur 13 et par une tuyauterie liquide 14 de plus petit diamètre. Le condenseur 11, l'éva- porateur 12 et les tuyauteries 13 et 14 forment un circuit fermé dans lequel est introduite une charge (c'est-à-dire une masse) déterminée d'un fluide réfrigérant, choisi par exemple parmi ceux connus sous les dénominations R12, R22, R502 ou similaires. Ce circuit peut etre avantageusement chargé en fluide et scellé en usine. Le condenseur 11 est en relation d'échange thermique avec une source centrale de production de froid (non représentée) d'oû sort une canalisation de distribution 20 et où revient une canalisation de retour 21 (figure 2). Pour cela, deux dérivations 22 et 23 relient le condenseur 11 à ces deux canalisations 20 et 21, respectivement. Dans l'exemple de la figure 1, l'unité 10 est montée dans un comptoir réfrigéré 30, l'évaporateur 12 étant inclus dans ce comptoir et comportant des ailettes d'échange thermique (non représentées). Un ventilateur 15 peut activer mécaniquement la circulation de l'air dans le comptoir 30 en aspirant l'air à travers l'évaporateur 12 à la partie inférieure du comptoir et en distribuant par des ouïes supérieures 17 l'air froid qui, plus lourd, redescend vers l'évapo- rateur 12 en ruisselant sur les différents plateaux 16 d'exposition des produits réfrigérés. Le fluide réfrigérant à l'intérieur de l'unité 10 est mis en mouvement par évaporation et retour gravitaire du liquide condensé et il n'y a donc pas de compresseur dans le circuit de refroidissement du comptoir. La chaleur est véhiculée depuis l'évaporateur 12, situé dans la vitrine ou le comptoir 30 en partie basse, vers le condenseur 11 situé au-dessus (sur la paroi supérieure 18 du comptoir 30 de préférence, mais non obligatoirement à l'extérieur du volume réfrigéré). Le véhicule de la chaleur est un fluide réfrigérant (par exemple celui désigné par R22 ou un substitut) qui monte sous forme gazeuse dans la tuyauterie 13 et qui descend sous forme liquide par gravité dans la tubulure 14, sans intervention d'énergie motrice extérieure. Dans l'évaporateur 12, inclus dans le comptoir, le fluide réfrigérant arrive liquide par la conduite 14, le cas échéant, après traversée d'un détendeur constitué par le tube 14 lui-même de petite section ou par un étranglement 19. La charge de fluide c'est-à-dire la masse de fluide réfrigérant introduite une fois pour toute à l'origine est soigneusement déterminée pour que la pression dans l'évaporateur 12 (du même ordre de grandeur que s'il y avait détente directe, un peu plus élevée de préférence) soit voisine de la pression de vapeur saturante de ce fluide à sa température d'entrée dans l'évaporateur. Dans son parcours dans l'évaporateur 12, le fluide reçoit de la chaleur de la part de l'air incident sur les ailettes de cet évaporateur; il en résulte qu'il s'évapore emmagasinant ainsi en chaleur latente de vaporisation toute la chaleur reçue sur les ailettes et tubes de l'évaporateur. A sa sortie de l'évaporateur, le fluide est normalement entièrement vaporisé et remonte le long de la conduite vapeur 13 pour venir se condenser dans le condenseur 11 où règne une pression légèrement plus faible que dans l'évaporateur. Dans l'échangeur supérieur, ou condenseur 11, le fluide reçoit du froid -ou cède sa chaleur- à un fluide "externe" de refroidissement, amené par la canalisation 20 et la dérivation 22 de la source centrale de froid. Ce fluide externe peut etre avantageusement un fluide caloporteur sans changement de phase, tel de l'eau glycolée, et donc inoffensif, ou un fluide réfrigérant vaporisable (R12, R22, R502, etc.) en ébullition. Ce premier fluide arrivant au condenseur 11 à une température plus faible de quelques degrés que celle qu'il est nécessaire de maintenir à l'évaporateur 12 est ensuite renvoyé par la dérivation 23 et la canalisation d'aspiration 21, directement ou à travers d'autres échangeurs semblables, vers la source centrale où il est de nouveau refroidi. Dans l'échangeur ou condenseur 11, le fluide réfrigérant de l'unité 10 se condense et se rassemble par gravité et descend ainsi naturellement par gravité dans la conduite 14, de petit diamètre, vers l'évaporateur 12. Le calcul de la charge de fluide réfrigérant a été réalisé de telle sorte qu'il existe en permanence dans la tuyauterie 14 une hauteur de colonne de liquide suffisante; cette colonne de liquide pousse le fluide condensé dans l'évaporateur 12. Le cycle du fluide réfrigérant se poursuit ainsi. L'expérience a montré que pour une vitrine frigorifique de forme verticale, telle que celle représentée à la figure 1, avec des plateaux ou étagères 16, on obtenait les performances suivantes: - climat ambiant autour de la vitrine: 25"C et 60% d' humidité relative, - fluide réfrigérant interne:R22, - fluide externe: eau glycolée arrivant au condenseur à -14 C; - pression du R22 à l'évaporateur: 3,4 bars effectifs, température du R22 à l'entrée de l'évaporateur: -2,9 C à la sortie de l'évaporateur: -2,5 C, - débit d'eau glycolée: 981 l/h, - température de sortie d'eau glycolée du condenseur: -9,5 C, température d'air maintenue dans l'enceinte réfrigérée de la vitrine: +2/+4"C. Parmi les avantages que l'on peut porter à l'actif de l'installation selon l'invention, on relève notamment: - Au niveau de l'évaporateur 12, l'échange est plus efficace. Il n'y a pas d'huile en solution dans le fluide et il n'y a pratiquement pas de surchauffe. - A l'extérieur de l'enceinte réfrigérée, le fluide de refroidissement peut différer selon les possibilités ou obligations locales. En particulier, si on utilise de l'eau glycolée ou une saumure, on réduit considérable ment le poids de CFC (chlorofluorocarbone) présent dans l'installation, réduisant ainsi d'autant les risques de pollution, notamment de la couche d'ozone atmosphéri que. - En utilisant l'eau glycolée, l'installation peut être réalisée en grande partie avec de la tuyauterie type plomberie, éventuellement plastique, et par des non spécialistes du froid. - Dans les unités de réfrigération, le circuit contenant du CFC est avantageusement scellé en usine avec les mesures et précautions que l'on peut prendre en milieu industriel. De ce fait, les risques de fuite sont donc à la fois parcellisés (fuite sur un seul élément) et plus improbables grâce à la qualité des raccordements. Dans une variante de l'invention, l'unité de réfrigération 10 peut être rendue aisément amovible après séparation d'avec les canalisations 22, 23 d'amenée et de retour du fluide de refroidissement. Pour cela, une ouverture 24 est ménagée à travers la paroi supérieure 18 de l'enceinte réfrigérée 30. Toute la partie de l'unité de réfrigération 10 située en-dessous du condenseur 1l peut être introduite dans l'enceinte réfrigérée 30 à travers l'ouverture 24 qui est ensuite refermée par une isolation thermique 25 mise en place après l'installation de l'unité de réfrigération dans l'enceinte réfrigérée 30. La figure 3 représente schématiquement une installation de réfrigération réalisée selon l'invention. Elle comporte une centrale négative 40 et une centrale positive 41 de production de froid par compression reliées à une bouteille 42 de stockage de fluide frigorigène (R502). Sur le circuit de distribution 43 d'eau glycolée glacée de la centrale positive, sont branchées des unités de réfrigération 10 selon l'invention équipant respectivement un poste froid 44 qui peut etre un linéaire "charcuterie", un poste froid 45 correspondant à un linéaire "traiteur", un poste froid 46 correspondant à un linéaire "boucherie", deux chambres froides 47 et 48 et une chambre de surgelés 49. Une vitrine 50 pour surgelés équipée d'une unité de réfrigération selon l'invention est également reliée auxdites centrales 40, 41. Des vannes electromagnétiques, telles que 51 à 56, assurent la régulation et la circulation du fluide frigorigène, qui revient à un condenseur 57, avant de retourner aux centrales à compression. Un échangeur thermique 58 assure le chauffage par les chaleurs de réfrigération" de l'eau sanitaire stockée dans un ballon 59, tandis qu'un second échangeur 59 assure le chauffage des locaux par la chaleur extraite des unités de réfrigération 10. Bien entendu, la présente invention nVest pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Unité de réfrigération alimentée en fluide de refroidissement provenant d'une source de froid, caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit scellé à fluide de réfrigération vaporisable à une température de réfrigération, ce circuit étant formé d'au moins un condenseur (11) en situation d'échange de chaleur avec le fluide de refroidissement et d' au moins un évaporateur (12) constituant le générateur de froid de l'unité et placé à un niveau inférieur à celui du condenseur, en ce que le condenseur et l'évaporateur sont reliés par une tuyauterie vapeur (13) et par une tuyauterie liquide (14) de plus petite section, collectant par gravité les condensats du condenseur et munie, le cas échéant, de moyens de détente (19) et en ce que le type et la charge de fluide réfrigérant du circuit scellé sont déterminés pour correspondre à une température de réfrigération souhaitée à l'évaporateur en maintenant en service une colonne de liquide du fluide réfrigérant dans la tuyauterie liquide. 2.- Unité de réfrigération selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement consiste en un fluide caloporteur sans changement d'état, tel qu'eau glycolée. 3.- Enceinte réfrigérée, par exemple vitrine réfrigérée, utilisant une unité de réfrigération selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le condenseur (11) est disposé sur la paroi supérieure (18) de l'enceinte réfrigérée tandis que l'évaporateur (12) est disposé à la partie inférieure et à l'intérieur de l'enceinte réfrigérée (30) en étant séparé du condenseur (11) par une différence d'altitude propre à activer le retour des condensats à l'évaporateur (12) par gravité. 4.- Enceinte réfrigérée selon la revendication 3, caractérisée en ce que le condenseur (11) est disposé sur la paroi supérieure (18) de l'enceinte (30) à l'extérieur de celle-ci, les tuyauteries vapeur et liquide (13, 14) traversant ladite paroi supérieure (18). 5.- Enceinte réfrigérée selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que le circuit scellé du condenseur (11) et de l'évaporateur (12) forme, avec un échangeur de chaleur parcouru par le fluide de refroidissement, une unité de réfrigération amovible (10) après séparation d'avec le circuit de fluide de refroidissement (22, 23) consistant en un fluide caloporteur sans changement d'état, tel qu'eau glycolée. 6.- Enceinte réfrigérée selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'unité de réfrigération amovible (10) est introduite dans l'enceinte réfrigérée (30) à travers une ouverture (24) ménagée dans la paroi supérieure de cette enceinte refermée par une isolation thermique (25) après mise en place de l'unité de réfrigération. 7.- Installation de réfrigération comprenant une source centrale de froid mettant en circulation dans une canalisation de distribution un fluide de refroidissement, et des postes réfrigérés reliés à ladite canalisation et à une canalisation de retour de ce fluide vers la source centrale, caractérisée en ce qu'elle comporte, pour chaque poste réfrigéré, une unité de réfrigération (10) selon la revendication 1 consistant en un circuit fermé contenant une charge déterminée d'un fluide réfrigérant, avec, en partie basse, un évaporateur (12) et, en partie haute, un condenseur (11), reliés l'un à l'autre par une conduite ascendante de fluide gazeux (13) et par une canalisation descendante (14) de fluide liquide, ledit condenseur (11) étant en relation d'échange thermique avec le fluide de refroidissement amené par la canalisation de distribution de fluide (22, 23) de la source centrale de froid. 8.- Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le circuit de l'unité de réfrigération (10) est scellé en usine après avoir reçu la charge déterminée de fluide réfrigérant correspondant à la température de fonctionnement souhaitée de l'évaporateur. 9.- Installation selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement de la source centrale de froid est un fluide caloporteur sans changement d'état, tel que de l'eau glycolée.