Brevet FR3001532A1 — publié le 20140801

DISPOSITIF AMÉLIORÉ DE SURGÉLATION ET DE CONSERVATION DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine de la production de froid et notamment aux adaptations permettant à un dispositif de surgélation et de conservation de fonctionner dans les meilleures conditions. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Il est connu dans l'art antérieur et notamment dans les métiers de la boulangerie-pâtisserie des dispositifs associant les fonctions de surgélation et de conservation de produits alimentaires. Ces dispositifs comprennent des enceintes frigorifiques permettant de surgeler différents produits puis de les conserver congelés. La surgélation consiste en un abaissement rapide de température évitant de détériorer les tissus du produit alimentaire, par formation de très gros cristaux de glace afin de ralentir les processus enzymatiques. Le produit alimentaire est alors soumis à un froid très brutal. Pour l'essentiel, ces enceintes comprennent un ensemble - compresseur, évaporateur - combiné avec un circuit frigorifique afin d'abaisser rapidement à des fins de surgélation, la température d'un premier volume de ladite enceinte et d'assurer à des fins de congélation, le maintien de l'état congelé des aliments surgelés dans un autre volume contigu. La communication entre les volumes est commandée par un ou plusieurs clapets. Plus précisément, pour mettre en oeuvre l'abaissement rapide de température, un dispositif de surgélation comprend classiquement une 30 enceinte à laquelle sont associés les modules fonctionnels suivants : - un compresseur, - un condenseur, - un évaporateur. 35 Un fluide frigorigène circule entre les différents modules et assure par ses changements d'état (gaz liquide) et par la circulation de l'air dans l'enceinte, le refroidissement. Le compresseur agit comme une pompe et augmente la pression et la température du fluide frigorigène à l'état gazeux. Ce gaz passe ensuite dans le condenseur où la température du fluide va être abaissée par dissipation des calories avec de l'air extérieur. Il en 5 résulte alors le passage de l'état gazeux à l'état liquide du fluide. Ce fluide traverse ensuite le détendeur équipant l'évaporateur et classiquement thermostatique, ce qui provoque un abaissement de température en passant dans l'évaporateur. Comme la température du fluide est plus basse que celle de l'ambiance, le 10 fluide capte alors les calories et se transforme progressivement en gaz. L'échange thermique ayant lieu dans l'évaporateur est réalisé au moyen d'une batterie associée à un moyen de ventilation. Cette batterie comprend un faisceau de tubes rangés selon une géométrie 15 parallélépipédique droite et dans lesquels circule le fluide issu du détendeur. Un flux d'air commandé par le moyen de ventilation qui présente un axe incliné en regard du plan vertical constitué par les colonnes de tubes rangés horizontalement, passe entre lesdits tubes et vient échanger avec ces derniers. Afin que la surface d'échange 20 soit augmentée, lesdits tubes sont équipés d'ailettes de diffusion sur toute leur longueur. DESCRIPTION DE L'INVENTION La demanderesse a mené des recherches visant à économiser les coûts de fabrication et d'exploitation d'un tel dispositif. Ces 25 recherches ont abouti à la conception et à la réalisation d'un dispositif de surgélation et de conservation présentant des caractéristiques optimisées permettant d'atteindre cet objectif notamment pour la surgélation et la conservation de produits de boulangerie-pâtisserie. 30 Le dispositif de surgélation et de conservation de produits alimentaires imaginé est du type de celui comprenant une enceinte dans laquelle un volume est destiné à la surgélation et un autre à la conservation. À cette enceinte sont associés les modules fonctionnels suivants : 35 - un compresseur, - un condenseur, - un évaporateur; un fluide frigorigène circulant entre les différents modules, l'évaporateur comprenant un détendeur, une batterie équipée de tubes dans lesquels circule le fluide frigorigène détendu et un moyen de ventilation faisant passer de l'air dans ladite batterie. Selon l'invention, la batterie dudit évaporateur adopte une géométrie à plans inclinés en disposant ses tubes selon des plans inclinés parallèles de façon à agrandir la surface avec laquelle le flux d'air issu du moyen de ventilation vient en contact et de sorte que le nombre de tubes avec lequel le flux d'air vient échanger dès son premier contact avec la batterie, soit plus important. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle agrandit la surface frontale de la batterie, c'est à dire de la face de la batterie avec laquelle le flux d'air vient en premier en contact. Une telle disposition provoque un meilleur échange thermique avec le flux d'air mis en oeuvre par le moyen de ventilation. En effet, pour les évaporateurs, l'art antérieur ne propose que des géométries rectangulaires avec des surfaces verticales et donc une surface frontale plus réduite. De plus, une telle configuration provoque un dessèchement moindre des denrées alimentaires. Étant donné que certains critères comme l'encombrement telle la hauteur ne sont pas modifiables, l'inclinaison des colonnes de tubes permet d'agrandir ladite surface frontale sans augmenter la hauteur. Un autre avantage de cette géométrie réside dans le fait qu'en permettant le positionnement de plus de tubes sur la surface frontale et sur l'ensemble des plans inclinés parallèles à cette surface et dans lesquels les axes de tubes sont disposés, la batterie peut présenter une largeur inférieure à celle des batteries des évaporateurs de l'art antérieur. Cette réduction de la largeur de l'obstacle constitué par la batterie, au flux d'air créé par le moyen de ventilation présente plusieurs avantages parmi ceux-ci : - elle réduit la perte de charge sur le débit d'air, - elle réduit le niveau sonore de l'installation, - elle réduit la masse de cuivre nécessaire. Une telle réduction évite d'augmenter les vitesses d'air et évite de 35 dessécher les produits. Ce meilleur échange et cette réduction de perte de charge a pour effet technique d'autoriser le redimensionnement du compresseur du dispositif dont la taille peut être abaissée. Une taille plus petite permet de moins consommer d'énergie lors des phases de conservation qui correspondent aux plages les plus longues d'utilisation du compresseur en regard de ses plages d'utilisation à des fins de surgélation. Elle permet également de disposer d'un compresseur moins onéreux. Le dispositif de l'invention présente ainsi un coût moindre et permet des économies d'énergie conformément aux objectifs de l'invention. Selon une caractéristique préférée, l'inclinaison des plans 10 dans lesquels sont rangés les tubes de la batterie est d'environ 30 degrés. Selon une autre caractéristique participant à l'optimisation de l'échange thermique, le moyen de ventilation est disposé en regard du plan incliné de sorte que l'axe pris par le flux d'air créé soit 15 perpendiculaire au plan incliné proposé par les tubes de la batterie. Cette caractéristique constitue un grand progrès en regard de l'art antérieur où ledit axe présentait un angle incliné en regard de la surface frontale de la batterie avec laquelle le flux d'air vient en contact. Cette nouvelle disposition du ventilateur 20 permet d'homogénéiser l'échange sur toute la surface notamment sur la surface frontale de la batterie. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le détendeur équipant la batterie est du type électronique. Étant donné que le détendeur est l'organe de régulation de l'échange au 25 niveau de l'évaporateur, la détente électronique apporte de nombreux avantages en ce qu'elle permet d'ajuster précisément le flux de fluide frigorigène pour remplir au mieux l'évaporateur en régulant automatiquement le débit de fluide. Au contraire des détendeurs thermostatiques de l'art antérieur, ce détendeur permet notamment 30 d'optimiser la valeur de surchauffe en fonction de la charge de l'évaporateur. La précision de cette régulation apporte une amélioration des performances et une stabilité de fonctionnement. L'utilisation d'un détendeur électronique a donc pour effet technique d'augmenter le rendement de la batterie ce qui participe 35 au redimensionnement du compresseur. De plus, un meilleur rendement permet de pallier la diminution de la puissance de la batterie, diminution induite par sa nouvelle géométrie. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif qui comprend une ouverture par laquelle passe le flux d'air sortant de l'évaporateur, est remarquable en ce que cette ouverture est commandée par un volet dimensionné et lié au rebord de ladite ouverture de sorte que le flux d'air en sortie de l'évaporateur le soulève et puisse passer et qu'en l'absence de flux d'air, l'ouverture soit fermée par ledit volet séparant alors le volume où se situe la batterie de celui de l'enceinte. Ce volet permet d'isoler la batterie lorsque le moyen de ventilation n'est pas en marche. Dans le cycle de fonctionnement d'un dispositif de surgélation et de conservation, une telle absence de fonctionnement a lieu notamment lors des phases de dégivrage de la batterie et lorsque les portes de l'enceinte sont ouvertes. Une telle isolation a donc pour effet d'éviter de réchauffer l'enceinte pendant la phase de dégivrage et de réduire l'entrée d'air neuf et la quantité de givre sur la batterie, ce givre créant une résistance thermique entre la batterie et l'air pouvant affecter le rendement de l'échange batterie/air. Les temps de dégivrage et le volume des condensats issus du 20 dégivrage peuvent ainsi être réduits ce qui réduit la consommation d'énergie du dispositif. L'exploitation du flux d'air comme moyen permettant de commander le mouvement d'un volet est notamment permise par le fait que la nouvelle configuration inclinée de la batterie réduit la perte de 25 débit. Selon une caractéristique préférée mais non limitative de l'invention, ledit volet est une pièce textile qui est soulevée sous l'action du flux d'air et revient en position par gravité. Selon une autre caractéristique, le volet est constitué par une tôle de faible épaisseur. 30 Classiquement, le volume de surgélation communique avec le volume où est disposée la batterie au moyen de deux passages, un premier passage faisant passer l'air froid issu de la batterie dans le volume de surgélation, un deuxième passage faisant passer l'air ayant circulé dans le volume de surgélation vers l'entrée du moyen 35 de ventilation. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif est remarquable en ce que le deuxième passage est disposé sous la batterie et est commandé par un clapet. Une telle disposition évite que l'air ne remonte directement à l'évaporateur lors d'une phase de conservation et permet de l'orienter vers le fond de l'appareil. Une telle disposition de clapet amène une circulation d'air plus homogène dans l'enceinte, ce qui permet d'envisager d'augmenter la température de consigne qui était classiquement réduite pour abaisser la température de l'enceinte des dispositifs de l'art antérieur. Une telle augmentation participe à la réalisation d'économies d'énergie. Cette disposition est mise en oeuvre par les caractéristiques suivantes associées ou non : - ladite batterie est associée à un châssis sous lequel est disposée une plaque de séparation à un bord de laquelle est pratiqué ledit deuxième passage, - ladite plaque de séparation cloisonne le volume de surgélation en séparant la partie haute accueillant le châssis de ladite batterie 15 de la partie basse accueillant les produits alimentaires. Selon une autre caractéristique, ledit dispositif de surgélation et de conservation comprend un module d'interface utilisateur/dispositif disponible à distance de la partie électrique de puissance. Ce module d'interface comprend les fonctionnalités 20 suivantes : - écran graphique couleur et tactile, - calcul, affichage et historique de l'estimation de la consommation électrique. La facilité de commande et la disponibilité des informations 25 assurent une bonne prise en main et une bonne gestion du fonctionnement par l'utilisateur. Selon un mode de réalisation, le dispositif et son module de commande sont connectés à un réseau permettant de gérer et contrôler son fonctionnement à distance. Le redimensionnement du compresseur et les différentes 30 caractéristiques de l'invention amènent la demanderesse à proposer un nouveau procédé de fonctionnement du dispositif remarquable en ce qu'il consiste à faire fonctionner le dispositif selon une température de consigne inférieure pendant les heures dites creuses du fournisseur d'électricité et supérieure pendant les heures dites 35 pleines pour accumuler les frigories et les restituer en heures dites pleines. Un tel procédé participe hautement à la diminution du coût d'exploitation du dispositif de l'invention. Selon une autre caractéristique, les produits alimentaires stockés sont issus de la boulangerie-pâtisserie. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique d'une vue extérieure de face d'un mode de réalisation d'un dispositif de surgélation et de conservation conforme à l'invention; La figure 2 est un dessin schématique d'une vue en coupe de dudit positif de la figure 1; La figure 3 est un dessin schématique d'une vue en coupe de l'évaporateur. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Comme illustré sur les dessins des figures 1 et 2, le dispositif de surgélation et de conservation référencé D dans son 20 ensemble, se présente sous la forme d'une enceinte isotherme parallélépipédique 100 sur la façade de laquelle sont ménagées des ouvertures commandées par des portillons Pl, P2, P3, P4, P5, P6. Le volume intérieur défini par l'enceinte 100 est divisé en deux volumes : 25 - un premier volume 110 restreint destiné à la surgélation et auquel donne accès le seul portillon Pl situé en haut à gauche de la façade, et - un deuxième volume 120 constitué par le reste du volume intérieur et destiné à la conservation et auquel donne accès les 30 autres portillons P2 à P6. Une cloison 130 associée aux parois intérieures de l'enceinte 100, sépare les deux volumes 110 et 120. L'enceinte 100 est associée à un module de production de froid 200 dont les modules fonctionnels se répartissent à l'intérieur et à 35 l'extérieur de l'enceinte 100. Les modules fonctionnels internes sont situés en partie supérieure du volume 110 de surgélation. Ce module de production de froid 200 comprend les modules fonctionnels suivants : - un compresseur 210, - un condenseur 220, - un évaporateur 230. Un fluide frigorigène circule entre les différents modules. L'évaporateur 230 comprend un détendeur 231 situé à l'extérieur de l'enceinte et un châssis 300 situé à l'intérieur de l'enceinte 100 et accueillant une batterie 310 équipée de tubes 311 dans lesquels circule le fluide frigorigène détendu et un moyen de ventilation 320 faisant passer de l'air dans ladite batterie 300. Les flèches Fi illustrent le déplacement de l'air à l'intérieur de l'enceinte lors d'un cycle de conservation. Le détendeur est électronique et exploite les informations issues des sondes de pression 240 et de température 250 situées à l'extérieur sur le circuit de retour du fluide en sortie de batterie 310. Un thermostat d'ambiance (non illustré) agit directement sur l'alimentation du compresseur 210 et agit en parallèle sur l'électrovanne 260 placée en sortie de condenseur 220. Comme illustrée plus en détail sur le dessin de la figure 3, la batterie 310 dudit évaporateur adopte une géométrie à plans inclinés en disposant ses tubes 311 selon des plans inclinés parallèles de façon à agrandir la surface avec laquelle le flux d'air F2 issu du moyen de ventilation 320 vient en contact et de sorte que le nombre de tubes 311 avec lequel le flux d'air vient échanger soit plus important, dès son premier contact avec la batterie 310. Il apparaît en effet clairement qu'en comparaison d'une surface frontale verticale telle que la propose une batterie de l'art antérieur, la disposition inclinée illustrée permet une largeur de surface frontale plus importante donnant la possibilité d'intégrer plus de tubes. Cette inclinaison permet d'intégrer plus de tubes sans modifier la hauteur du châssis 300 contenant la batterie 310. Il n'est pas alors nécessaire de changer les dimensions du volume destiné à l'accueil de la batterie. Grâce à cette disposition inclinée, la largeur de la batterie 310 est également diminuée en regard de celle d'une batterie de l'art antérieur. Selon le mode de réalisation illustré, l'inclinaison des plans dans lesquels sont rangés les tubes de la batterie est d'environ 30 degrés par rapport à la verticale. Pour pleinement profiter de cette inclinaison, le moyen de ventilation 320 représenté par un ventilateur à pales, est disposé en regard du plan incliné de sorte que l'axe pris par le flux d'air créé (flèches F2) soit perpendiculaire au plan incliné proposé par les tubes 311 de la batterie 310. Ainsi, l'axe de rotation du ventilateur est perpendiculaire au plan de la surface frontale de la batterie 310. Selon le mode de réalisation non limitatif illustré, la sortie de l'air passant par l'évaporateur est avantageusement commandée par une pièce textile dite bavette 330 qui, disposée verticalement, est retenue sur son bord supérieur et libre sur ses autres bords, de sorte que le flux d'air en sortie de l'évaporateur (flèches F3) la soulève comme illustrée en traits continus et qu'en l'absence de flux d'air la bavette revienne en position par gravité, comme illustrée en traits interrompus. Cette bavette 330 assure l'isolement de la batterie lors par exemple des phases de dégivrage ou lors de l'ouverture du portillon Pl. Ce châssis 300 est en outre séparé du volume de surgélation au moyen d'une plaque de séparation 340. Des ouvertures, dont certaines commandées par des clapets, permettent de diriger au mieux les mouvements d'air dans l'enceinte 20 100 selon le cycle de fonctionnement. Il apparait ainsi que la plaque de séparation 340 est dimensionnée et positionnée de façon à : - créer, entre un de ses bords et une face verticale intérieure de l'enceinte 100, un passage 341 laissant passer vers le bas l'air 25 refroidi sortant de la batterie 310 pour s'introduire dans le volume 110 de surgélation, - créer, entre son bord opposé et la cloison de séparation 130, un passage 342 de communication entre le haut du volume de surgélation 110 et le châssis de la batterie du côté de l'entrée d'air des 30 moyens de ventilation 320, ce passage 342 étant commandé par un clapet 400 illustré en position fermée. La cloison de séparation 130 adopte le profil d'une équerre de façon à former avec une paroi verticale et la paroi de plafond de l'enceinte 100, un caisson fermant ledit volume de surgélation et 35 accueillant en partie haute le châssis de la batterie 310. Les extrémités des branches de cette équerre dont dimensionnées de façon à : - 10 - - créer un passage 131 au flux d'air froid entre le volume de surgélation et celui de conservation pour la branche horizontale, ce passage 131 étant commandé ouverte, et - créer un passage 132 par un clapet 500 illustré en position au flux d'air ayant circulé dans l'ensemble du volume de conservation 120 pour la branche verticale pour revenir vesr le volume de surgélation 110 et le moyen de ventilation 320. La position du clapet 400 est particulièrement avantageuse en ce qu'il se situe sous le châssis 300 de la batterie 310 et donc empêche l'air passant dans le volume de surgélation de remonter directement à l'arrière du châssis 300. En effet, dans l'art antérieur, un clapet venait équiper le passage 132 et le passage 342 était laissé libre. Le raccourci entre l'entrée et la sortie de l'air du volume de surgélation sans passer par le volume de conservation, avait pour effet d'assurer un mauvais rendement du dispositif. On comprend qu'en phase de surgélation, le clapet 500 est fermé et le clapet 400 est ouvert pour permettre la circulation de l'air illustré par les flèches F4. Comme illustré sur le dessin de la figure 1, le portillon Pl est équipé d'une interface avec l'utilisateur mise en oeuvre au moyen d'un écran tactile 600 permettant de contrôler et de commander le dispositif. Ce module permet notamment de programmer les plages de fonctionnement souhaitées et d'afficher, entre autres, la consommation estimée du dispositif. On comprend que le dispositif, qui vient d'être ci-dessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi par exemple, bien que le domaine de la surgélation et de la congélation des produits de boulangerie constitue la première application envisagée, d'autres produits alimentaires peuvent être accueillis par le dispositif de l'invention. De même, le nombre de portillons ou la grandeur du volume illustrés peuvent bien entendu être modifiés. REVENDICATIONS1. Dispositif (D) de surgélation et de conservation de produits alimentaires du type de celui comprenant une enceinte (100) dans laquelle un volume (110) est destiné à la surgélation et un autre à la conservation et à laquelle sont associés les modules fonctionnels suivants : - un compresseur (210), - un condenseur (220), - un évaporateur (230); un fluide frigorigène circulant entre les différents modules, l'évaporateur (230) comprenant un détendeur (231), une batterie (310) équipée de tubes (311) dans lesquels circule le fluide frigorigène détendu et un moyen de ventilation (320) faisant passer de l'air dans ladite batterie (310), CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE la batterie (310) dudit évaporateur (230) adopte une géométrie à plans inclinés en disposant ses tubes (311) selon des plans inclinés parallèles de façon à agrandir la surface avec laquelle le flux d'air issu du moyen de ventilation (320) vient en contact et de sorte que le nombre de tubes (311) avec lequel le flux d'air vient échanger dès son premier contact avec la batterie (310) soit plus important. 2. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE l'inclinaison des plans dans lesquels sont rangés les tubes (311) de la batterie (310) est d'environ 30 degrés. 3. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le moyen de ventilation (320) est disposé en regard du plan incliné de sorte que l'axe pris par le flux d'air créé soit perpendiculaire au plan incliné proposé par les tubes (311) de la batterie (310). 4. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le détendeur (231) équipant la batterie (310) est du type électronique. 5. Dispositif (D) selon la revendication 1 du type de celui comprenant une ouverture par laquelle passe le flux d'air sortant de l'évaporateur (230), CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE cette ouverture est commandée par un volet (330) dimensionné et lié au rebord de ladite ouverture de sorte que le flux d'air en sortie de la batterie (310) d'évaporateur (230) le soulève et puisse passer et, qu'en l'absence- 12 - de flux d'air, l'ouverture soit fermée par ledit volet séparant alors le volume où se situe la batterie (310) de celui de l'enceinte (100). 6. Dispositif (D) selon la revendication 5, CARACTÉRISÉ PAR LE 5 FAIT QUE ledit volet (330) est une pièce textile qui est soulevée sous l'action du flux d'air et revient en position par gravité. 7. Dispositif (D) selon la revendication 1, où le volume de surgélation (110) communique avec le volume où est disposée la batterie au moyen de deux passages (341, 342), un premier passage 10 (341) faisant passer l'air froid issu de la batterie (310) dans le volume de surgélation (110), un deuxième passage (342) faisant passer l'air ayant circulé dans le volume de surgélation (110) vers l'entrée du moyen de ventilation (320), CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le deuxième passage (342) est disposé 15 sous la batterie (310) et est commandé par un clapet (400). 8. Dispositif (D) selon la revendication 7, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite batterie (310) est associée à un châssis (300) sous lequel est disposée une plaque de séparation (340) à un bord de laquelle est pratiqué ledit deuxième passage (342). 20 9. Dispositif (D) selon la revendication 8, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE ladite plaque de séparation (340) cloisonne le volume de surgélation (110) en séparant la partie haute accueillant le châssis (300) de ladite batterie (310) de la partie basse accueillant les produits alimentaires. 25 10. Dispositif (D) selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE les produits alimentaires stockés sont issus de la boulangerie-pâtisserie. 30 35