Brevet FR3013807A1 — publié le 20150529

Dispositif de ventilation pour échangeur frigorifique avec grille de protection déportée Domaine de l'invention : La présente invention se rapporte au domaine des installations de production de froid, notamment cryogéniques. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de ventilation pour un échangeur thermique d'une telle installation. Etat de la technique : Dans le domaine du transport et de la distribution de produits thermosensibles, tels les produits pharmaceutiques et les denrées alimentaires, des grilles sont nécessaires pour protéger les ouvertures du circuit réfrigérant l'air dans le container. Cela a pour but notamment d'éviter que les personnes devant intervenir dans le container ne se blessent accidentellement au contact des ventilateurs du système de production de froid. Une autre fonction de la grille est aussi d'empêcher l'ingestion par le système de production de froid de morceaux d'emballage ou déchets divers. Les mailles d'une grille de protection sont donc restreintes en taille pour limiter ces divers risques. Par ailleurs, dès lors qu'un échangeur présente une zone de soufflage d'air froid dont la température est négative, l'utilisation d'une grille de protection peut devenir source d'accumulation de givre. Le fait de limiter la taille des mailles favorise ce phénomène. Notamment lors de tournées de distribution où le container est fréquemment ouvert et se charge alors d'humidité, les ouvertures des grilles de protection se colmatent progressivement jusqu'à, dans certains cas, être totalement obstruées. On perd alors tout ou partie de la capacité de brassage de l'air des échangeurs et, par conséquent, la puissance frigorifique du groupe. 3013 807 2 De plus, l'obturation de la grille par le givre peut entraîner des défaillances, soit du ventilateur qui peut être détérioré en touchant du givre accumulé sur la grille, soit du moteur qui force parce que l'air ne circule plus. 5 L'objectif de la présente invention est donc d'éviter ces inconvénients sans changer la conception de la grille. Exposé de l'invention : A cet effet, l'invention concerne un dispositif de ventilation pour une installation de 10 production de froid comprenant une pièce tournante, un conduit configuré pour permettre le passage de l'air entre la pièce tournante et l'extérieur du dispositif, et une grille d'obstruction dudit conduit, chaque ouverture de ladite grille ayant une plus petite dimension E. Ledit dispositif est configuré de telle sorte que la distance D de chaque ouverture à la pièce tournante soit toujours supérieure : 15 - au maximum entre 15 mm et la valeur prise par une première fonction f1(E), prenant les valeurs données en millimètres par la formule f1(E) = 23,75 x E -212,5 lorsque la dimension E, exprimée en millimètres est inférieure ou égale à 14 mm, et 20 - au maximum entre 120mm et la valeur prise par une deuxième fonction f2(E) prenant les valeurs données en millimètres par la formule f2(E) = 8 x E - 120 lorsque la dimension E, exprimée en millimètres est supérieure à 14 mm. 25 Autrement dit, selon l'invention, on écarte la grille et la pièce tournante au-delà d'une certaine limite. On peut de la sorte d'utiliser des ouvertures plus larges et donc limiter les risques d'obturation de la grille par givrage. La discontinuité introduite dans les formules autour d'un écartement de 120mm et d'une taille des ouvertures del4mm correspond à des données anthropométriques. Prendre un écartement 30 minimum jusqu'à 120mm donné par la première fonction pour des petites ouvertures permet de s'assurer qu'une personne intervenant sur le dispositif passant son doigt 3013 807 3 au travers de l'ouverture n'atteindra pas la pièce tournante. Pour des ouvertures dont la petite dimension E est supérieure à 14mm, c'est l'introduction de la main qui est considérée. Dans ce cas, l'arrêt de la pénétration à travers l'ouverture se fait par l'arrêt sur le pouce ou l'arrêt sur l'épaisseur de la main, qui correspondent à des 5 valeurs plus importantes. Les valeurs généralement retenues pour la sécurité situent cet arrêt à 120mm de l'extrémité du doigt, au maximum, en prenant une largeur minimum de 30mm. Il n'est donc pas nécessaire de considérer des valeurs comprises entre 14mm et 30mm dans le minimum d'écartement donné par la deuxième fonction f2. La pente donnée dans la deuxième fonction f2 entre les écartements et les 10 ouvertures, donne des valeurs compatibles avec la sécurité jusqu'à des écartements de 200 à 300 mm, adaptés à des installations frigorifiques. Par ailleurs, en considération des problèmes de givrage, on ne s'intéresse pas ici à des tailles de mailles inférieures à 6mm. 15 Le déport de grilles avec des ouvertures de petite taille peut être intéressant pour des installations frigorifiques utilisant des températures négatives ne descendant pas en dessous de quelques dizaines de degrés, moins exigeantes en manière de givrage. 20 Un deuxième intérêt du déport, quelque soit la taille des ouvertures, est de fournir un volume de brassage d'air entre le ventilateur et la grille. D'une part, l'air brassé dans ce volume peut prendre de la vitesse et ainsi évacuer le givre qui se dépose sur la grille en la traversant, d'autre part cela entraine moins de risques d'endommagement du ventilateur. Cela participe donc à la diminution du risque de 25 perdre la puissance frigorifique du système d'échange thermique de production de froid. Avantageusement, la distance D d'une ouverture de la grille à la pièce tournante étant comprise entre 15 mm et 120 mm, la plus petite dimension E d'une ouverture 30 de ladite grille est supérieure à 75% de la valeur E0 telle que la dite première fonction f1(E0) est égale à ladite distance D. En effet, notamment dans des installations pas trop exigeantes en matière de givrage, il peut être utile de déporter fortement une grille avec des ouvertures de petite taille mais il est moins intéressant de le faire au-delà de 120 mm car on peut alors utiliser des ouvertures nettement plus grandes. Avantageusement, la distance D d'une ouverture de la grille à la pièce tournante étant supérieure à 120 mm, la plus petite dimension E d'une ouverture de ladite grille est supérieure à 75% de la valeur E0 telle que la dite deuxième fonction f2(E0) est égale à ladite distance D. Notamment, dans le cas des échangeurs cryogéniques, fonctionnant à de très basses températures, le dépôt de givre peut être relativement important. On a donc intérêt à utiliser des ouvertures de grille assez larges, typiquement d'au moins 30 mm. De plus, la condition sur la dimension des ouvertures permet de tirer profit du déport pour faire des ouvertures les plus larges possibles, en tenant compte de contraintes d'intégration. Par ailleurs, de préférence, la forme des ouvertures de la grille est sensiblement carrée. En effet, si les ouvertures ont la forme de fentes, il est préférable d'augmenter les distances de sécurité, par exemple pour éviter l'introduction à plat d'une main. Ainsi, par exemple, une grille peut être déportée de manière à ce que, pour chacune desdites ouvertures en forme de fente, la distance à la pièce tournante soit au moins égale à 80 mm et toujours supérieure à 100 mm si la plus petite dimension E est supérieure à 10 mm, toujours supérieure à 120 mm si la plus petite dimension E est supérieure à 14 mm et toujours supérieure à 200 mm si la plus petite dimension E est supérieure à 20 mm En général, la pièce tournante est un organe configuré pour faire circuler l'air dans le conduit. Ledit organe soufflant peut être une roue centrifuge ou une hélice à au moins deux pales.30 L'invention concerne également une installation de production de froid comprenant un dispositif de ventilation tel que décrit précédemment. L'installation peut comprendre un échangeur thermique. Dans ce cas, des variantes de réalisation de l'invention pourront être prises ensembles ou séparément pour réaliser le déport de la grille : - l'installation comporte un boîtier spécifique à la pièce tournante ledit boitier supporte ladite grille d'obstruction dudit conduit ; - ledit l'échangeur est vertical et l'éloignement de la grille par rapport à la pièce tournante est réalisé par un nez dudit boitier spécifique à la pièce tournante ; - l'installation comprend un capot extérieur, entourant l'ensemble de l'échangeur et de la pièce tournante, ledit capot extérieur supportant ladite grille d'obstruction dudit conduit ; - ledit échangeur est horizontal. Avantageusement, ladite installation frigorifique comporte une plateforme donnant accès à ladite grille, la dite grille étant placée à une hauteur au moins égale à 170 cm de ladite plateforme. Cela permet d'éloigner la zone de risque si des enfants venaient à pénétrer dans l'installation. Cela permet aussi d'éviter de boucher la grille, notamment d'aspiration, par des papiers ou autres déchets d'emballage qui pourraient se déposer sur la plateforme. Brève présentation des figures : La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 présente schématiquement un premier dispositif de ventilation selon l'invention vu en coupe de profil. La figure 2 présente schématiquement un deuxième dispositif de ventilation selon l'invention vu en coupe de profil. La figure 3 illustre schématiquement les dimensions E et D de l'invention. La figure 4 présente un graphe des bornes inférieures du déport D d'une grille dans un dispositif selon l'invention en fonction de la plus petite dimension E de ses ouvertures. Présentation détaillée de l'invention : En référence aux figures 1 et 2, l'invention concerne un dispositif de ventilation pour une installation de production d'air froid. Ladite installation comprend un échangeur thermique 1, comportant un moyen de soufflage 2 de l'air, un boîtier 3 contenant ce moyen de soufflage et une grille de protection 4 interposée entre le moyen de soufflage 2 et l'extérieur du dispositif, sur le passage de l'air brassé par le moyen de soufflage 2. Le système de production de froid peut utiliser un circuit de gaz liquéfié, par exemple de l'azote, passant dans l'échangeur thermique pour refroidir l'air. Selon un premier aspect de l'invention, en référence à la figure 3, la grille 4 est formée de brins 4a, 4b qui délimitent des ouvertures destinées à laisser passer l'air tout en étant assez petite pour empêcher une partie du corps, notamment les doigts ou la main, voire le bras, de traverser la grille assez loin pour atteindre le moyen de soufflage 2. En effet, ce moyen de soufflage 2 étant en général une pièce tournante, un ventilateur avec une hélice à pales ou une roue centrifuge par exemple, il pourrait blesser la personne. Les ouvertures peuvent être sensiblement carrées comme représenté sur la figure 3. Certaines formes de grilles peuvent utiliser des formes d'ouvertures plus aplaties, allant jusqu'à des fentes. Des formes circulaires peuvent également intervenir. Dans le cas des dispositifs de production d'air froid, en particulier dans le cas d'un système cryogénique, il y a intérêt à utiliser des ouvertures de grande taille pour éviter le colmatage de la grille par le givre. C'est en particulier la plus petite dimension de l'ouverture qui compte, par exemple l'écartement E entre les brins dans le cas d'une maille sensiblement carrée comme indiquée sur la figure 3. En effet, le givre se répartissant de manière homogène sur les brins et croissant dans le vide à une vitesse donnée, c'est cette dimension qui détermine le plus court chemin à parcourir par le givre pour boucher l'ouverture. Par ailleurs, compte tenu de la morphologie humaine on place cette grille de telle sorte que l'ouverture de plus petite dimension E se trouve au moins à une distance D, dépendante de ladite dimension E de l'ouverture, de toute partie de la pièce tournant du moyen de soufflage. Par exemple, sur la figure 3, cette distance D est prise entre le milieu de l'ouverture de la maille et un plan correspondant au passage des extrémités du ventilateur en direction de la grille. Un dispositif selon l'invention comporte donc une grille 4 dont la plus petite dimension d'ouverture E de grille est choisie pour limiter le givrage, en fonction des caractéristiques du système de production de froid et de l'utilisation de l'installation, et dont la position est telle que l'écartement D des ouvertures de la grille 4 au moyen tournant du dispositif de soufflage est supérieure à une distance de sécurité dépendante de E. Pour déterminer cette valeur de sécurité du déport D des ouvertures en fonction de leur plus petite dimension E, on considère successivement le passage des doigts, de la main, puis du bras au travers de cette ouverture. En ce qui concerne le passage des doigts, ceux-ci ayant sensiblement la forme d'un fuseau, on détermine des distances minimales fonction de l'écartement E de l'ouverture en tenant compte des variations de longueur et d'épaisseur des doigts humains, avec des marges de sécurité. On peut se limiter à une distance maximale D de 120mm. Par ailleurs en prenant des marges de sécurité en sens inverse sur la finesse des doigts, on limite ici la valeur maximale de E pour l'ouverture à 14mm. Pour une ouverture carré, par exemple, on peut ainsi définir une distance D de sécurité à la pièce tournante qui doit être au moins de 120 mm lorsque E est compris entre 20mm et 14mm, de 80mm lorsque E est compris à 10 mm et 14mm, de 25 mm lorsque E est compris entre 8mm et 10mm. Par ailleurs, en considération des problèmes de givrage, on ne s'intéresse pas ici à des tailles de mailles inférieures à 6mm. Les marges prises pour définir les valeurs données en exemple plus haut étant importantes et la forme du doigt étant allongée, on prend pour l'invention un écart D de l'ouverture à la pièce tournante au minimum égal à 15 mm et supérieur à la valeur donnée par la formule : f1(E) = 23,75 x E - 212,5 en fonction de la plus petite taille de l'ouverture E, exprimée en millimètres, lorsque D compris entre 15mm et 120mm. Cette fonction est représentée sur la figure 4. Elle donne une valeur maximale de la taille d'ouverture dans la grille de 14mm qui est suffisante pour empêcher un doigt d'atteindre le ventilateur. Lorsque la distance D est supérieure à 120mm, jusqu'à une valeur d'environ 200m, il faut considérer le passage de la main. Comme la forme à prendre en compte change complètement, il est possible d'utiliser des valeurs plus élevées pour la taille de maille à partir de cette distance. C'est pourquoi on prend pour l'invention un écart D de l'ouverture à la pièce tournante supérieur à la valeur donnée par la formule : f2(E) = 8 x E - 120 en fonction de plus petite taille de l'ouverture E, exprimée en millimètres, lorsque que D est supérieur à 120mm. Cette fonction, représentée sur la figure 4, correspond à une valeur de D minimale de 120mm pour une taille des ouvertures de 30mm et une valeur minimale de D de 200mm pour une taille des ouvertures de 40mm. Ces valeurs sont suffisantes pour empêcher une main de passer d'accéder à la pièce tournante. Pour des tailles de d'ouverture E comprises entre 14mm et 30mm, la distance D est avantageusement de 120mm au minimum. Si on prolonge la fonction f2 pour de plus grande taille d'ouverture, on obtient une distance d'au moins 850mm pour une taille d'ouverture d'environ 120mm. Ces valeurs permettent d'éviter de passer un bras jusqu'à la pièce tournante. En se référant à la figure 4, les conditions précédemment énoncées reviennent à dire que les valeurs permises de D correspondent à la surface qui se trouve au dessus du pallier horizontal à 15 mm et de la courbe formée par les deux portions de droite f1(E) et f2(E) reliées par le segment horizontal à D égal 120mm pour les valeurs de E comprises entre 14mm et 30mm. Inversement, lorsqu'on utilise cette grille pour la protection devant des pièces tournantes dans un circuit d'air réfrigéré, il est utile de tirer partie de l'éloignement pour agrandir les ouvertures. En gardant une marge d'adaptation, lorsqu'on peut déporter la grille d'une distance D, on peut prendre pour cette grille, par exemple, des ouvertures dont la plus petite taille est au minimum égale 75% de la valeur de la valeur de E qui aurait imposé D comme valeur minimale. Graphiquement, cela revient à dire, sur la figure 4, que l'on restreint, dans ce cas, le choix de D et de E à la surface formée de : - la bande comprise entre D=f2(E) et Enn =0,75 x f2-1(D) lorsque D est supérieur ou égal à 120mm ; - et la bande comprise entre D=f1(E) et Enn =0,75 x f1-1(D) lorsque D est inférieur à 120 mm et supérieur ou égal à 15mm. Dans un premier mode de réalisation, en référence à la figure 1, le moyen de soufflage est une roue de soufflage centrifuge 2, tournant autour d'un axe Y, qui aspire le gaz par une cavité centrale et le refoule en périphérie. Généralement, ce cas correspond, comme illustré sur la figure 1, à un échangeur 1 fixé verticalement contre une paroi 5 de l'enceinte réfrigérée. En général, le boîtier 3 de la roue de soufflage est au-dessus du capot et le dispositif refoule l'air passé par l'échangeur thermique. En référence aux flèches de la figure 1, l'air froid sortant de l'échangeur thermique est donc amené par un conduit sous l'axe de la roue de soufflage, puis est refoulé dans l'enceinte réfrigérée en passant par un orifice 7 du boîtier de ventilation et en traversant la grille de protection 4. Par ailleurs, bien que ce ne soit pas représenté, l'échangeur thermique 1 et son circuit occupent généralement une hauteur importante. Pour les enceintes réfrigérées dans lesquelles ce type de système est installé, par exemple un container de camion ou de bateau, le dispositif de ventilation et la grille, situés au dessus de l'échangeur 1, sont donc généralement à une hauteur supérieure à 170 cm. Le boîtier 3 a donc, de préférence, une forme plate avec une première partie semi-circulaire 3a, ayant pour fonction de collecter une partie de l'air soufflé par la roue de ventilation 2, et une seconde partie 3b, formant un nez aplati et faisant office de conduit entre la roue de ventilation 2 et l'orifice 7. La direction moyenne de l'écoulement imposé par le nez du boîtier 3a suit, sur l'exemple de la figure 1, celle d'un axe X perpendiculaire à l'axe Y de la roue de ventilation 4 et parallèle aux parois latérales du conduit formé par la partie 3b du boîtier de ventilation. Une première façon de réaliser l'invention consiste à utiliser une forme du nez du boîtier allongée, plaçant l'orifice 7 à une distance D1 au moins égale à la distance DO déterminée par les considérations précédentes en fonction de la taille de maille choisie. La grille 4 peut donc être installée directement sur l'orifice 7. Dans une variante de réalisation, la distance de l'orifice 7 à la roue de ventilation 2 peut être légèrement à inférieure à DO. Dans ce cas, le dispositif de ventilation peut comporter des pièces, en forme de plot par exemple, qui fixent la grille 4 au nez 3a du boîtier devant l'orifice 7. La hauteur des plots est dans ce cas telle que la distance entre la pièce tournante 2 et la grille 4 soit supérieure à DO. Par ailleurs, soit la hauteur des plots, soit la distance entre deux plots successifs est inférieure à la taille E des ouvertures de la grille 4. Cette condition empêche que les plots ne créent des ouvertures allant à l'encontre des questions de sécurité. Dans un deuxième mode de réalisation, en référence à la figure 2, le moyen de soufflage est un ventilateur à pâles 2, tournant autour d'un axe Y, qui aspire le gaz selon son axe Y de rotation. Généralement, ce cas correspond, comme illustré sur la figure 2, à un échangeur 1 fixé horizontalement sous un plafond 5' de l'enceinte réfrigérée. En général, le boîtier 3 du ventilateur est placé contre l'échangeur thermique 1. L'air suit le circuit schématiquement représenté par les flèches sur la figure 2. Le ventilateur 2 aspire de manière sensiblement verticale l'air dans l'enceinte réfrigérée, suivant son axe de rotation Y, puis l'air est redirigé horizontalement vers l'échangeur thermique. Il est ensuite renvoyé dans l'enceinte après être passé dans l'échangeur 1. En général, ce type de configuration est très plat pour limiter l'encombrement. La distance de l'orifice 7 du boîtier 3 du dispositif de ventilation peut donc se trouver à une distance D2 inférieure à la distance DO déterminée par les considérations précédentes par rapport à la taille minimale E des ouvertures de la grille 4. Une façon de réaliser l'invention, non représentée, peut consister à prolonger verticalement vers le bas l'orifice 7 par un conduit permettant de mettre la grille à une distance D1 au moins égale à la valeur minimale de DO correspondant à la taille des 25 ouvertures. Une autre façon de réaliser l'invention consiste à utiliser un capot 6 contenant l'ensemble du système de production de froid pour y adapter la grille 4, ainsi que c'est représenté sur la figure 2. Généralement la taille de l'échangeur 1 est telle que 30 son écartement au plafond 5' est plus élevé que l'épaisseur du dispositif de ventilation dans son boîtier 3. L'échangeur déterminant l'encombrement maximal du système en hauteur, le capot 6 peut avantageusement avoir une forme plane et donc se trouver à une distance D1 plus élevée du ventilateur que l'extrémité du boitier 3 contenant l'orifice 7. Autrement dit, le capot 6 loge à la fois le ventilateur 2 et l'échangeur 1, le ventilateur 2 étant ou non disposé dans un boîtier 3 spécifique. Ce capot 6 contient nécessairement un orifice 8 communiquant avec le de ventilation pour l'aspiration de l'air de l'enceinte réfrigérée. Avantageusement, une grille de taille d'ouverture E appropriée est installée sur cette ouverture 8 dans le capot 6 du système de production de froid à une distance D1 de cet orifice 8 au moins égale à la valeur minimale de D correspondant à la taille des ouvertures. Cet orifice 8 peut être situé au droit de l'orifice 7 dans le boîtier 3, comme c'est représenté sur la figure 2. Dans une variante non représentée, cet orifice peut être décalé latéralement par rapport à l'axe Y de rotation du ventilateur et ainsi augmenter la distance des ouvertures de la grille 4 aux éléments tournants du ventilateur. Par ailleurs, lorsque l'enceinte réfrigérée est par exemple un container de camion ou de bateau, la hauteur du plafond entraine le fait que la grille peut se trouver relativement haute, typiquement au-delà de 170 cm, comme dans le premier mode de réalisation. REVENDICATIONS1. Dispositif de ventilation pour une installation de production de froid comprenant une pièce tournante (2), un conduit (3b) configuré pour permettre le passage de l'air entre la pièce tournante (2) et l'extérieur du dispositif, et une grille (4) d'obstruction dudit conduit (3b), chaque ouverture de ladite grille ayant une plus petite dimension E, dispositif configuré de telle sorte que la distance D de chaque ouverture à la pièce tournante (2) soit toujours supérieure : - au maximum entre 15 mm et la valeur prise par une première fonction f1(E), prenant les valeurs données en millimètres par la formule f1(E) = 23,75 x E -212,5 lorsque la dimension E, exprimée en millimètres est inférieure ou égale à 14 mm, et - au maximum entre 120mm et la valeur prise par une deuxième fonction f2(E) prenant les valeurs données en millimètres par la formule f2(E) = 8 x E - 120 lorsque la dimension E, exprimée en millimètres est supérieure à 14 mm. 2. Dispositif de ventilation selon la revendication 1 dans lequel, la distance D, d'une ouverture de la grille (4) à la pièce tournante (2) étant comprise entre 15 mm et 120 mm, la plus petite dimension E d'une ouverture de ladite grille est supérieure à 75% (Err',-,) de la valeur E0 telle que la dite première fonction f1(E0) est égale à ladite distance D. 3. Dispositif de ventilation selon la revendication 1 dans lequel, la distance D, d'une ouverture de la grille (4) à la pièce tournante (2) étant supérieure à 120 mm, la plus petite dimension E d'une ouverture de ladite grille est supérieure à 75% (Emin) de la valeur E0 telle que la dite deuxième fonction f2(E0) est égale à ladite distance D. 4. Dispositif de ventilation selon l'une des revendications précédentes dans lequel la forme des ouvertures de la grille (4) est sensiblement carrée. 5. Dispositif de ventilation selon l'une des revendications précédentes dans lequel la pièce tournante (2) est un organe configuré pour faire circuler l'air dans le conduit (3b). 6. Dispositif de ventilation selon la revendication précédente dans lequel ledit organe soufflant (2) est une roue centrifuge. 7. Installation de production de froid comprenant un dispositif de ventilation selon l'une des revendications précédentes. 8. Installation selon la revendication précédente comportant un échangeur thermique (1) ainsi qu'un boîtier (3) spécifique à la pièce tournante (2) et dans laquelle ledit boitier (3) supporte ladite grille (4) d'obstruction dudit conduit (3b). 9. Installation selon la revendication précédente dans laquelle ledit l'échangeur (1) est vertical et dans laquelle l'éloignement de la grille (4) par rapport à la pièce tournante (2) est réalisé par un nez (3b) dudit boitier (3). 10. Installation selon la revendication 7 comportant un échangeur thermique (1) et un capot extérieur (6), entourant l'ensemble de l'échangeur (1) et de la pièce tournante (2), et dans laquelle ledit capot extérieur (6) supporte ladite grille (4) d'obstruction dudit conduit. 11. Installation selon la revendication 10 dans laquelle ledit échangeur (1) est horizontal.30 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 11 comportant une plateforme donnant accès à ladite grille (4), la dite grille étant placée à une hauteur au moins égale à 170 cm de ladite plateforme.5