Brevet FR2811413A1 — publié le 20020111

L'invention concerne le domaine technique général de la production de froid industriel ou commercial. L'objet de l'invention concerne, plus particulièrement, le domaine de la production de froid utilisant le dioxyde de carbone comme fluide frigoporteur, c'est-à- dire comme vecteur de froid jusqu'à des milieux ou des postes à refroidir à basses températures. Dans l'état de la technique, il est connu diverses formes de réalisation d'installations frigorifiques utilisant le dioxyde de carbone comme fluide frigoporteur. Par exemple, il est connu une installation frigorifique comportant un circuit de circulation du dioxyde de carbone. Un tel circuit comporte un réservoir de stockage du dioxyde de carbone liquide qui est envoyé par l'intermédiaire d'une pompe, dans un, ou d'une manière générale, dans une série de postes à refroidir, tels que par exemple des gondoles ou des meubles de produits surgelés. La sortie des postes à refroidir est reliée à un condenseur à plaques adapté pour liquéfier la vapeur formée après le passage du dioxyde de carbone dans les postes à refroidir. Un tel condenseur permet également de sous-refroidir le dioxyde de carbone liquide. Ce condenseur comporte un échangeur de chaleur qui est aussi l'évaporateur d'un circuit de circulation d'un fluide frigorigène, tel que par exemple de l'ammoniaque. Le condenseur est relié par des canalisations, au réservoir de stockage. L'utilisation du dioxyde de carbone comme vecteur de froid pour assurer le refroidissement de postes à refroidir, offre l'avantage de respecter l'environnement dans la mesure o le dioxyde de carbone n'est pas toxique, ne possède pas d'action sur l'ozone stratosphérique et son action sur l'effet de serre est réduite par rapport à un hydrofluorocarbone (HFC) type R404A. Toutefois, une telle installation frigorifique constitue une installation relativement complexe à fabriquer. De plus, une telle installation n'est généralement pas adaptée pour maîtriser les surpressions ponctuelles de dioxyde de carbone susceptibles d'apparaître en cas d'anomalie de fonctionnement intervenant sur le circuit de dioxyde de carbone. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un appareil condenseur - réservoir adapté pour être utilisé dans une installation frigorifique utilisant le dioxyde de carbone comme fluide frigoporteur, et conçu pour réduire les coûts de fabrication d'une telle installation frigorifique tout en assurant une sécurité de fonctionnement en cas d'apparition d'une surpression ponctuelle de dioxyde de carbone. Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l'invention concerne un appareil pour la condensation de la vapeur du dioxyde de carbone et pour le stockage du dioxyde de carbone liquide destiné à une installation frigorifique comportant au moins un poste à refroidir. Selon l'invention, I'appareil comporte: - un réservoir de stockage du dioxyde de carbone dimensionné de manière que le niveau de stockage maximum pour le dioxyde de carbone liquide soit situé à un niveau inférieur par rapport à la partie supérieure du réservoir, le réservoir étant équipé à sa partie inférieure, d'une tubulure de sortie pour le dioxyde de carbone liquide, au moins un tube rigide monté à la partie supérieure du réservoir pour servir de support à un condenseur, de sorte que ce dernier se trouve monté en position superposée par rapport au réservoir, - un condenseur supporté par le tube rigide et communiquant avec le réservoir par l'intermédiaire dudit tube rigide, le condenseur comportant intérieurement un échangeur assurant la circulation d'un fluide frigorigène, - et au moins une tubulure de retour pour la vapeur du dioxyde de carbone provenant du poste à refroidir, ladite tubulure de retour débouchant dans une chambre délimitée par le volume interne du condenseur, le volume du tube et le volume du réservoir situé au-dessus du niveau de dioxyde de carbone liquide, de manière à assurer la condensation de la vapeur du dioxyde de carbone. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de realisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique partielle d'une installation frigorifique mettant en oeuvre l'appareil condenseur - réservoir conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe transversale partielle prise sensiblement selon les lignes II-11 de la fig. 1. Les fig. 1 et 2 montrent une installation frigorifique 1 adaptée pour assurer le refroidissement d'au moins un, et d'une manière générale, d'une série de postes à refroidir 2, tels que par exemple des vitrines réfrigérées basses températures, des évaporateurs industriels, des tunnels de congélation, etc. Conformément à l'invention, l'installation frigorifique 1 comporte un appareil 3 assurant, d'une part, la condensation de la vapeur du dioxyde de carbone et, d'autre part, le stockage du dioxyde de carbone liquide. L'appareil 3 comporte un réservoir 4 de stockage du dioxyde de carbone liquide. Le réservoir 4 est constitué sous la forme d'une bouteille s'étendant horizontalement et portée par des pieds 5. Le réservoir 4 est constitué par une virole allongée 6 de section circulaire fermée à ses extrémités par des flasques 7. La partie inférieure du réservoir est équipée d'une tubulure 8 de sortie pour le dioxyde de carbone liquide. Ainsi, tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 1, la tubulure de sortie 8 est destinée à être raccordée par l'intermédiaire d'une canalisation 9 équipée d'une vanne 10 et d'un filtre 11, à une pompe 12 assurant l'envoi du dioxyde de carbone liquide vers les postes à refroidir 2. L'appareil 1 selon l'invention comporte également au moins un, et dans l'exemple illustré, deux tubes rigides 14 montés à la partie supérieure du réservoir pour servir de support à un condenseur 15. Les tubes rigides 14 servent ainsi de pieds de support pour le condenseur 15. A cet effet, les tubes rigides 14 s'élèvent à partir de la partie supérieure du réservoir 4 en étant fixés par tous moyens appropriés, tels que par soudure à la partie sommitale de la virole 6 constitutive du réservoir 4. L'autre extrémité des tubes rigides 14 est fixée par tous moyens appropriés, tels que par soudure sur la partie inférieure d'une virole 16 de section circulaire constituant l'enveloppe du condenseur 15. Les tubes rigides 14 assurent également une communication entre l'intérieur du condenseur 15 et l'intérieur du réservoir 4. La virole 16 du condenseur 15 est fermée à chaque extrémité par un flasque 17. L'appareil 3 selon l'invention, dit condenseur - réservoir constitue ainsi un ensemble monobloc. En effet, la virole 16 du condenseur 15, les tubes rigides 14 et la virole 6 du réservoir 4 forment une structure rigide unique nécessitant un seul agrément par les services compétents. Une telle conception permet de limiter les coûts de réalisation d'une installation frigorifique par rapport à celle mettant en oeuvre un réservoir séparé d'un condenseur. Le condenseur 15 comporte intérieurement un échangeur 18 assurant la circulation d'un fluide frigorigène. De préférence, l'échangeur 18 est du type multi- tubulaire dans la mesure o il est constitué par une série de tubes 19 s'étendant parallèlement les uns aux autres et longitudinalement à l'intérieur du volume interne du condenseur 15. Il doit être considéré que l'échangeur 18 constitue aussi l'évaporateur du circuit de circulation du fluide frigorigène qui n'est pas représenté d'une manière plus détaillée, dans la mesure o il ne fait pas partie de l'objet de l'invention. La fig. 1 montre uniquement des tubulures d'entrée 20, et de sortie 202 pour le fluide frigorigène circulant dans l'échangeur 18. L'appareil 1 selon l'invention comporte au moins une, et dans l'exemple illustré, deux tubulures 21 de retour pour la vapeur du dioxyde de carbone provenant du ou des postes à refroidir 2. Conformément à l'invention, ces tubulures de retour 21 débouchent dans une chambre 22 délimitée par le volume interne du condenseur 15, le volume des tubes rigides 14 et le volume du réservoir 4 situé au-dessus du niveau de dioxyde de carbone liquide. A cet effet, il doit être considéré que le réservoir 4 de stockage du dioxyde de carbone est dimensionné de manière que le niveau de stockage maximum pour le dioxyde de carbone liquide pour l'installation frigorifique, soit situé à un niveau inférieur par rapport à la partie supérieure du réservoir. Par exemple, le niveau de stockage maximum pour le dioxyde de carbone liquide est situé de manière à correspondre à un volume occupé par le liquide qui est au maximum égal à 80 % du volume total du réservoir de stockage 4. La limitation du niveau du dioxyde de carbone liquide à un niveau inférieur au volume total du réservoir 4, conduit à disposer d'un volume d'expansion non négligeable pour la vapeur du dioxyde de carbone. Ainsi, la chambre 22 présente un volume d'expansion adapté pour maîtriser les surpressions ponctuelles provenant du circuit du dioxyde de carbone. Cette chambre 22 permet également d'assurer la liquéfaction de la vapeur de dioxyde de carbone dans le condenseur 15 à l'aide de l'échangeur 18. Comme expliqué ci-dessus, le condenseur 15 peut contenir uniquement de la vapeur de dioxyde de carbone et non du dioxyde de carbone liquide. Ainsi, cette chambre 22 assure la séparation de la vapeur de dioxyde de carbone et du dioxyde de carbone liquide. Tel que cela ressort de l'exemple de réalisation illustré à la fig. 1, le réservoir 4 possède, par exemple, une longueur supérieure à celle du condenseur 15, de manière à permettre le montage sur le réservoir d'un capteur de niveau 25. De préférence, le capteur de niveau 25 est constitué par un flotteur 26 monté sur un support de guidage 27 qui est fixé, par exemple, à son extrémité supérieure, à l'intérieur d'un prolongement 28 aménagé à la partie supérieure du réservoir 4. De préférence, la partie inférieure du réservoir 4 est pourvue d'un bossage 29 aligné avec le prolongement 28 pour permettre au flotteur 26 de descendre jusqu'au point bas du réservoir 4. Le support de guidage 27 qui est du type résistif, délivre en fonction de la position du flotteur 26 qui est équipé d'un aimant, un signal représentatif du niveau du liquide à l'intérieur du réservoir 4. Selon une autre caractéristique de l'invention, le condenseur 4 est équipé d'au moins une, et dans l'exemple illustré, de deux tubulures 30 de communication avec l'extérieur équipées d'une vanne de régulation pressostatique et d'un organe de surpression de sécurité, conformément à la législation des appareils à pression. De préférence, la vanne de régulation pressostatique est commandée pour s'ouvrir lorsque la pression du dioxyde de carbone atteint une valeur de l'ordre de 25 Bar. Dans l'exemple de réalisation illustré, les tubulures de retour 21 sont fixées sur les tubes rigides 14. Cependant, il est à noter que les tubulures de retour 21 pour la vapeur de dioxyde de carbone peuvent être montées sur le condenseur 15 pour déboucher à l'intérieur du volume interne du condenseur 15. Selon cet exemple de réalisation, le retour pour la vapeur du dioxyde de carbone peut être effectué sur l'une des tubulures 30, tandis que l'autre tubulure 30 est équipée de la vanne de régulation pressostatique et de l'organe de surpression de sécurité. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Appareil pour la condensation de la vapeur du dioxyde de carbone et pour le stockage du dioxyde de carbone liquide destiné à une installation frigorifique (1) comportant au moins un poste à refroidir (2), caractérisé en ce qu'il comporte: - un réservoir (4) de stockage du dioxyde de carbone dimensionné de manière que le niveau de stockage maximum pour le dioxyde de carbone liquide soit situé à un niveau inférieur par rapport à la partie supérieure du réservoir, le réservoir étant équipé à sa partie inférieure, d'une tubulure de sortie (8) pour le dioxyde de carbone liquide, - au moins un tube rigide (14) monté à la partie supérieure du réservoir (4) pour servir de support à un condenseur (15), de sorte que ce dernier se trouve monté en position superposée par rapport au réservoir, un condenseur (15) supporté par le tube rigide (14) et communiquant avec le réservoir (4) par l'intermédiaire dudit tube rigide, le condenseur comportant intérieurement un échangeur (18) assurant la circulation d'un fluide frigorigène, - et au moins une tubulure de retour (21) pour la vapeur du dioxyde de carbone provenant du poste à refroidir (2), ladite tubulure de retour (21) débouchant dans une chambre (22) délimitée par le volume interne du condenseur (15), le volume du tube rigide (14) et le volume du réservoir (4) situé au-dessus du niveau de dioxyde de carbone liquide, de manière à assurer la condensation de la vapeur du dioxyde de carbone. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tubulure de retour (21) pour la valeur du dioxyde de carbone débouche à l'intérieur du tube rigide (14). 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tubulure de retour (21) pour la vapeur du dioxyde de carbone débouche à l'intérieur du condenseur (15). 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur (15) comporte un échangeur (18) du type multitubulaires (19). 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir (4) possède une longueur supérieure à celle du condenseur (15), de manière à permettre le montage sur le réservoir d'un capteur de niveau (25). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur de niveau (25) est constitué par un flotteur (26) monté sur un support de guidage (27) monté à chaque extrémité à l'intérieur d'un prolongement (28) et d'un bossage (29) alignés entre-eux. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur (15) est équipé d'au moins une tubulure (30) de communication avec l'extérieur, équipée d'une vanne de régulation pressostatique et d'un organe de surpression de sécurité. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne de régulation pressostatique est adaptée pour s'ouvrir lorsque la pression du dioxyde de carbone atteint une valeur de l'ordre de 25 Bar. 9. Installation fiigorifique, caractérisée en ce qu'elle comporte un appareil condenseur - réservoir (1) conforme à l'une des revendications 1 à 8.