Brevet FR3070755A1 — publié le 20190308

Dispositifs de sécurité pour installations frigorifiques et pompes à chaleur utilisant des fluides frigorigènes toxiques ou inflammables 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de production de froid ou une pompe à chaleur comportant un dispositif de ventilation de sécurité permettant de mettre en relation le volume intérieur de la machine avec l'extérieur du bâtiment autorisant en toute sécurité l'utilisation comme fluide frigorigène, d'hydrocarbures ou d'autres fluides frigorigènes des groupes 2, 2A et 3 (tels qu'ils sont classifiés par la norme européenne EN378). lo L'invention trouve notamment une application pour les équipements de production de froid commercial, la climatisation et les pompes à chaleur destinées à l'habitat individuel. 2. Art antérieur On connaît déjà des groupes frigorifiques et des pompes à chaleur utilisant 15 des CFC, des HCFC et des HFC mais ceux ci présentent les défauts pour certains d'appauvrir la couche d'ozone mais surtout pour tous d'avoir un impact sur l'effet de serre énorme. On connaît déjà des groupes frigorifiques fonctionnant à l'ammoniac comme fluide frigorigène. Ces groupes sont installés dans des salles de machines de locaux 20 industriels dont l'accès est strictement réservé aux personnels habilités. Les contraintes normatives limitent les applications de ces systèmes pour des raisons de sécurité. On connaît également des pompes à chaleur destinées à la production d'eau chaude sanitaire et au chauffage, fonctionnant avec du propane ou de l'isobutane 25 comme fluide frigorigène ; ces machines sont destinées à être installées à l'extérieur des bâtiments en raison des risques d'inflammabilité ou d'explosion. On connaît d'autres systèmes contenant de très faibles charges et installées à l'intérieur des locaux, sans pour autant éliminer les risques cités précédemment. On connaît également des groupes de production de froid et des pompe à 30 chaleur constitués d'un seul caisson non étanche mis à une dépression de 20Pa par un ventilateur ; En cas de fuite entraînant une panne de courant, le gaz toxique ou inflammable se répandra également dans le local ou est installé le système car le ventilateur sera arrêté. En cas de fonctionnement normal, ce concept de ventilation présente l'inconvénient d'extraire de l'air du local vers l'extérieur, causant ainsi des 2 infiltrations d'air extérieur refroidissant en hiver le local où est installé l'équipement frigorifique. 3. Objectifs de l'invention C'est d'une manière générale un but de l'invention de fournir une installation 5 de production de froid ou de pompe à chaleur ne présentant pas les défauts des installations connues. Le recours à des fluides naturels toxiques ou inflammables devient un enjeu important pour la planète car leur impact sur l'effet de serre est négligeable. Plus précisément, l'invention a pour objectif de fournir une installation lo frigorifique ou une pompe à chaleur comportant des dispositifs de sécurité évacuant en cas de fuite, à l'extérieur des locaux le fluide frigorigène toxique ou inflammable. C'est d'une manière générale un but de l'invention de fournir un groupe frigorifique ou une pompe à chaleur assurant la production de froid, le chauffage et/ou la production d'eau chaude sanitaire, conforme aux prescriptions de sécurité de 15 la norme européenne EN-378, utilisant un fluide frigorigène des groupes 2, 2A et 3 ne présentant pas les défauts des installations connues. C'est encore un but de l'invention de fournir un groupe frigorifique ou une pompe à chaleur installée à l'intérieur des locaux, dans lesquels tout le circuit frigorifique est installé dans un caisson étanche qui est raccordé directement à 20 l'extérieur, à l'air libre, par une tubulure unique de ventilation de sécurité. En cas de fuite de fluide frigorigène, tout le gaz toxique ou inflammable sera évacué automatiquement à l'extérieur. C'est encore un but de l'invention de fournir un groupe frigorifique ou une pompe à chaleur installée à l'intérieur des locaux, dans lesquels le caisson étanche 25 comporte un ventilateur aspirant l'air extérieur par une gaine et le refoule ensuite à l'extérieur par une seconde gaine concentrique, le moteur du ventilateur étant placé à l'extérieur du caisson étanche ou sera du type antidéflagrant. C'est toujours un but de l'invention de l'invention de fournir un caisson étanche comprenant un compresseur frigorifique dont le boitier, les bornes et l'extrémité du 30 câble de raccordement sont noyés dans la résine afin d'éviter toute étincelle dans le compartiment étanche. C'est également un but de l'invention de fournir un dégazeur raccordé à une tuyauterie évacuant dans le volume étanche le fluide frigorigène gazeux en cas de corrosion de l'échangeur. 3 L'invention a également pour objectif de fournir une installation frigorifique ou une pompe à chaleur dont le fluide frigorigène a un impact négligeable sur l'effet de serre. Une application particulièrement intéressante de l'invention est son utilisation 5 pour les pompes à chaleur de type eau/eau ou eau glycolée/eau et air extérieur/eau fonctionnant avec du propane comme fluide frigorigène et destinées à l'habitat individuel afin d'assurer la climatisation, le chauffage et/ou la production d'eau chaude sanitaire. L'invention permet en effet d'installer la machine à l'intérieur des locaux ce qui solutionne les risques de gel et les risques acoustiques. D'une manière générale et non limitative, l'invention s'applique à tous systèmes thermodynamiques où il est nécessaire de mettre en relation avec l'extérieur du bâtiment toute la partie thermodynamique, tout en installant la machine, ou une partie de celle-ci, à l'intérieur des locaux. L'invention sera également applicable aux appareils à absorption utilisant notamment l'ammoniac comme fluide frigorigène. Dans ce cas le dispositif de ventilation sera avantageusement combiné pour son utilisation comme amenée d'air du brûleur et conduit d'évacuation des gaz brûlés. 4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite sont atteints à l'aide d'une installation comportant les dispositifs de ventilation et de sécurité selon l'invention. Dans un premier mode de réalisation l'installation frigorifique ou la pompe à chaleur est placée dans une carrosserie comportant un caisson étanche dans lequel est installé l'intégralité des composants frigorifiques. Une gaine étanche unique relie le caisson étanche à l'extérieur du local permettant l'évacuation à l'air libre du fluide frigorigène en cas de fuite. Les échangeurs de chaleur sont pourvus d'un dégazeur en sortie relié hermétiquement au caisson étanche permettant d'évacuer le gaz frigorigène en cas de fuite sur l'échangeur. Dans un second mode de réalisation l'installation frigorifique ou la pompe à chaleur est placée dans une carrosserie comportant un caisson étanche dans lequel est installé l'intégralité des composants frigorifiques. Un ventilateur aspire par une gaine étanche l'air extérieur pour le faire pénétrer dans le caisson étanche et le renvoie à l'extérieur du local permettant l'évacuation à l'air libre du fluide frigorigène en cas de fuite. Le moteur du ventilateur est situé à l'extérieur du caisson étanche. 4 Les échangeurs de chaleur sont pourvus d'un dégazeur en sortie relié hermétiquement au caisson étanche permettant d'évacuer le gaz frigorigène en cas de fuite sur l'échangeur. Dans un troisième mode de réalisation l'installation frigorifique ou la pompe à 5 chaleur est placée dans une carrosserie comportant un caisson étanche dans lequel est installé une partie des composants frigorifiques dont le compresseur, l'autre partie étant installée à l'extérieur du local. Une gaine étanche unique relie le caisson étanche à l'extérieur du local permettant l'évacuation à l'air libre du fluide frigorigène en cas de fuite. Deux tuyauteries de liaison relient l'unité intérieure à l'unité 10 extérieure en passant à l'intérieur de la gaine de ventilation. Les échangeurs de chaleur sont pourvus d'un dégazeur en sortie relié hermétiquement au caisson étanche permettant d'évacuer le gaz frigorigène en cas de fuite sur l'échangeur. Dans un quatrième mode de réalisation l'installation frigorifique ou la pompe à chaleur est placée dans une carrosserie comportant un caisson étanche dans lequel 15 est installé une partie des composants frigorifiques dont le compresseur, l'autre partie étant installée à l'extérieur du local. Deux tuyauteries de liaison relient l'unité intérieure à l'unité extérieure en passant à l'intérieur de la gaine de prise d'air. Un ventilateur aspire par cette gaine étanche l'air extérieur pour le faire pénétrer dans le caisson étanche et le renvoie à l'extérieur du local permettant l'évacuation à l'air libre 20 du fluide frigorigène en cas de fuite. Le moteur du ventilateur est situé à l'extérieur du caisson étanche. Les échangeurs de chaleur sont pourvus d'un dégazeur en sortie relié hermétiquement au caisson étanche permettant d'évacuer le gaz frigorigène en cas de fuite sur l'échangeur. Dans un cinquième mode de réalisation l'installation frigorifique ou la pompe à 25 chaleur est placée dans une carrosserie comportant un caisson étanche dans lequel est installé seulement l'un des échangeurs du circuit frigorifique, l'autre partie étant installée à l'extérieur du local. Une gaine étanche unique relie le caisson étanche à l'extérieur du local permettant l'évacuation à l'air libre du fluide frigorigène en cas de fuite. Deux tuyauteries de liaison relient l'unité intérieure à l'unité extérieure en 30 passant à l'intérieur de la gaine de ventilation. Les échangeurs de chaleur sont pourvus d'un dégazeur en sortie relié hermétiquement au caisson étanche permettant d'évacuer le gaz frigorigène en cas de fuite sur l'échangeur. Dans un sixième mode de réalisation l'installation frigorifique ou la pompe à chaleur est placée dans une carrosserie comportant un caisson étanche dans lequel 5 est installé seulement l'un des échangeurs du circuit frigorifique, l'autre partie étant installée à l'extérieur du local. Deux tuyauteries de liaison relient l'unité intérieure à l'unité extérieure en passant à l'intérieur de la gaine de prise d'air. Un ventilateur aspire par cette gaine étanche l'air extérieur pour le faire pénétrer dans le caisson 5 étanche et le renvoie à l'extérieur du local permettant l'évacuation à l'air libre du fluide frigorigène en cas de fuite. Le moteur du ventilateur est situé à l'extérieur du caisson étanche. Les échangeurs de chaleur sont pourvus d'un dégazeur en sortie relié hermétiquement au caisson étanche permettant d'évacuer le gaz frigorigène en cas de fuite sur l'échangeur. 10 Dans un autre mode de réalisation, le compresseur frigorifique, de type hermétique, placé dans le caisson étanche, sera équipé d'un câble raccordé aux bornes électriques sortant du compresseur, situées dans le boitier de raccordement, le tout étant noyé dans la résine afin de prévenir de toute étincelle. 5. Liste des figures 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs des dessins annexés parmi lesquels : - La figure 1 représente un mode de réalisation de l'invention sans ventilation du 20 caisson étanche; - La figure 2 représente un autre mode de réalisation de l'invention avec ventilation du caisson étanche; - La figure 3 est la représentation schématique du caisson étanche; - La figure 4 et la figure 5 représentent des modes de réalisation de l'invention où 25 les composants frigorifiques sont installés dans deux unités, l'une à l'intérieur du local, l'autre à l'extérieur ; - La figure 6 représente le raccordement électrique noyé dans la résine du compresseur ; 6. Description détaillée de l'invention 30 L'invention sera bien comprise par la description qui suit faite à titre d'exemple concernant une installation dont le fluide frigorigène est un hydrocarbure et en référence aux dessins annexés. Une installation selon l'invention figures 1 et 2 se compose d'un groupe frigorifique ou d'une pompe à chaleur installé dans un local (L) dans une carrosserie 6 (11) dans laquelle est placé un caisson étanche (10) dont le volume intérieur (12) est en relation directe avec l'extérieur (E). Les composants frigorifiques véhiculant le fluide frigorigène sont tous placés dans le volume étanche (12) de telle manière qu'en cas de fuite de fluide frigorigène, le gaz s'échappera naturellement à l'extérieur 5 des locaux par la/les grille(s) (19, 54, 56) en passant par la/les gaines étanches (20, 38, 39). Un compartiment (13) constitué dans la carrosserie (11) regroupera les autres composants du groupe frigorifique ou de la pompe à chaleur, notamment l'armoire électrique et de régulation (14) et les accessoires comme les circulateurs (21, 22) des sources chaude et froide ainsi que les dégazeurs (33, 35). Les dits 10 dégazeurs ayant pour but d'évacuer en cas de corrosion de l'un des échangeurs (16, 17) le gaz frigorigène vers le caisson étanche (10) par l'intermédiaire des canalisations (32, 34). Tous les passages de tuyauteries (32, 34), câbles (27), sorties d'échangeurs (16, 17), entre les volumes (12, 13) respectivement du caisson étanche (10) et de la carrosserie (11), s'effectueront de façon étanche par 15 l'intermédiaire de presses étoupes (28) ou de raccords avec joint (301, 302, 303, 304, 305, 306). Le système frigorifique est composé d'un compresseur hermétique (18) refoulant dans un condenseur (17) dont le rôle est de transférer de la chaleur à la source chaude (RC, DC) ; le liquide frigorigène formé est détendu pour se vaporiser dans l'évaporateur (16) dont le rôle est de prélever de la chaleur à la source froide 20 (RE, DE) qui pourra être de l'eau ou tout type de source froide habituellement utilisée dans les applications pompes à chaleur. Le gaz formé est ensuite dirigé vers l'aspiration du compresseur pour former un nouveau cycle. Le détendeur (23) pourra être de type thermostatique, capillaire ou de type électronique. L'évaporateur (16) et le condenseur (17) seront de préférence de type à plaques brasées avec sorties 25 opposées de fluides et traversée étanche de la plaque (15) de séparation des deux compartiments (12) et (13). Le compresseur hermétique (18) pourra également avoir son boitier de raccordement (36) traité anti déflagrant. Dans la version de l'invention de la figure 1, une bride, de préférence cylindrique (31) de diamètre 125 mm par exemple, est soudée sur le caisson étanche 30 (10). L'installateur aura à raccorder la bride (31) à la grille extérieure (19) au moyen d'une gaine étanche (20). La figure 2 représente un second mode de réalisation de l'installation frigorifique ou la pompe à chaleur selon l'invention. Les composants frigorifiques véhiculant le fluide frigorigène sont tous placés dans le volume étanche (12) d'un 7 caisson étanche (10), l'ensemble étant installé dans la carrosserie (11) avec les autres composants comme les circulateurs (21, 22) ainsi que les dégazeurs (33, 35), les accessoires et éléments électriques et de régulation (14). Un ventilateur (48) aspire par une gaine étanche l'air extérieur en (E) par la grille de prise d'air (56), pour 5 le faire pénétrer dans le volume étanche (12) via la gaine (38) et le renvoie à l'extérieur du local par le canal (37) puis par la gaine (39) permettant par la grille (54) l'évacuation à l'air libre du fluide frigorigène en cas de fuite. L'ensemble formé par les gaines (38, 39), le support (55) et les grilles (54, 56) est similaire aux ventouses utilisées avec les chaudières à gaz murales. La gaine (38) aura par exemple un 10 diamètre de 125 mm et la gaine (39) un diamètre de 80 mm. Le moteur du ventilateur (49) est lui situé à l'extérieur du caisson étanche (10), le ventilateur (48) qui est accouplé au moteur (49) est vissé de façon étanche sur le caisson (10). La figure 3 permet de visualiser en trois dimensions les différents volumes du caisson étanche (10). Celui-ci représenté vide, a son raccord de gaine (31) 15 représenté à droite pour plus de clarté mais qui sera plus avantageusement placé à l'arrière du caisson en partie basse de la carrosserie (10) face à la porte (43) dont l'ouverture permet la fabrication du système et les opérations de maintenance. Le moteur (49) ayant un diamètre inférieur à celui du ventilateur (48) auquel il est accouplé, passe au travers de l'orifice (72) permettant de fixer le ventilateur (48) de 20 façon étanche, avec éventuellement un joint, par les trous de passage des vis de fixation non représentées. Les trous (41, 42) sont destinés à faire passer le câble (27) de puissance du compresseur (18) et le câble des diverses sondes non représentées. Les trous (401, 402, 404, 405) sont destinés au passage des sorties d'échangeurs (17, 16) et les trous (403, 40) aux raccords de sortie des tubes (32, 34) 25 des dégazeurs (33, 35). Un joint (44) assurera l'étanchéité entre le caisson (10) et la porte (43). Un ensemble de systèmes de fixation (451, 452, 453, 454, 461, 462, 463, 464, 471, 472, 473, 474) représenté à titre d'exemple, permet la fixation étanche par le joint (44) de la porte (43) sur le caisson (10). La figure 4 représente une variante de l'invention utilisant un groupe de 30 production d'eau glycolée ou d'eau glacée à condensation à air. Le compresseur (18) et l'échangeur (17) sont installés dans le caisson étanche (10), le condenseur à air (51) est placé à l'extérieur (E). Deux tuyauteries frigorifiques de liaison (52, 53) sont installées dans la gaine (20, 38) et relient les deux parties du système. Le caisson étanche (10) sera équipé d'un ventilateur (comme représenté) ou n'en comportera 8 pas comme sur la figure 1. De cette manière, tous les composants frigorifiques sont soit dans un volume étanche en relation directe ouverte avec l'extérieur (E), soit directement à l'extérieur. La figure 5 représente une variante utilisant une pompe à chaleur air extérieur 5 / eau à unités intérieure et extérieure séparées. Dans la configuration représentée, le condenseur (17) est placé dans le caisson étanche (10). Le groupe extérieur (51) comprenant l'évaporateur et les autres composants frigorifiques est placé à l'extérieur (E) du local (L). Les tuyauteries de gaz frigorigène (54) et de liquide frigorigène (55) assurent la liaison entre les unités extérieure et intérieure; elles sont 10 installées dans la gaine (20, 38) et relient les deux parties du système. Le caisson étanche (10) sera équipé d'un ventilateur (comme sur la figure 2) ou n'en comportera pas (comme représenté). De cette manière, tous les composants frigorifiques sont soit dans un volume étanche en relation directe ouverte avec l'extérieur (E), soit directement à l'extérieur. 15 La figure 6 représente la transformation d'un compresseur frigorifique hermétique (18) en compresseur hermétique antidéflagrant. Le câble (62) d'alimentation électrique est raccordé aux bornes électriques (61) de sortie du compresseur (18), placées dans le boitier (60) ; de la résine (63) est ensuite coulée dans le boitier (60) afin de rendre le dispositif antidéflagrant. 20 D'une manière générale, le dispositif de ventilation pourra être composé de plusieurs tubulures (20) (non représenté), destinées soit à l'amenée d'air neuf, soit à l'évacuation d'air à l'extérieur ; une ou plusieurs de ces tubulures pourront être équipées d'un ventilateur similaire à celui (48) de la figure 2. Le moteur (49) pourra également être de type antidéflagrant ; dans ce cas il pourra être installé directement 25 dans le caisson étanche (10). REVENDICATIONS1. installation de production de froid ou pompe à chaleur (11) installée dans un local (L) caractérisée en ce qu'elle comprend un caisson étanche (10) contenant tout ou partie du système frigorifique (16, 17, 18, 23), une porte d'accès (43) avec joint d'étanchéité (44) et fixation (451, 452, 453, 454, 461, 462, 463, 464, 471, 472, 473, 474) et comportant au moins une gaine étanche (20, 38) raccordée à la sortie d'air (31) du caisson étanche (10) mettant en relation le volume (12) avec l'extérieur du bâtiment (E) interdisant toute émanation de fluide frigorigène à l'intérieur du local (L) en cas de fuite sur le circuit thermodynamique. 1.0 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'une seconde gaine (37, 39) est placée à l'intérieur de la première et qu'un ventilateur (48) assure la circulation de l'air entre l'extérieur (E) et le volume (12). 3. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les échangeurs (16, 17) comportent un ou plusieurs dégazeurs (33, 35) sur leur sortie hydraulique, 15 raccordés par une tuyauterie (32, 34) et un raccord d'étanchéité (303, 306) au volume intérieur (12) du caisson étanche (10). 4. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que le moteur (49) du ventilateur (48) ayant un diamètre inférieur à celui du ventilateur (48), auquel il est accouplé, passe au montage au travers de l'orifice (72) permettant de fixer le 20 ventilateur (48) de façon étanche sur le caisson (10), avec éventuellement un joint. 5. Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce que le moteur (49) est du type antidéflagrant et peut être monté à l'intérieur du caisson (10). 6. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le raccord de gaine (31) dépasse de l'extérieur du caisson (11) pour être raccordé à la grille 25 extérieure (19) par la gaine (20). 7. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le raccord double de gaine (31, 37) dépasse de l'extérieur du caisson (11) pour être raccordé aux grilles extérieures (54, 55, 56) par une gaine double (38, 39). 8. Installation selon la revendication précédente caractérisée en ce que la 30 gaine double (38, 39) et les grilles extérieures (54, 55, 56) sont constituées d'une ventouse identique à celle utilisée pour raccorder les chaudières à ventouse. 9. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les canalisations de liaison frigorifique (52, 53, 54, 55) entre l'unité extérieure (51) et le caisson (10), passent à l'intérieur des gaines (20, 38). 10. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le câble (62) d'alimentation électrique est raccordé aux bornes électriques (61) de sortie du compresseur (18), placées dans le boitier (60) et que de la résine (63) est coulée dans le boitier (60) afin de rendre le dispositif antidéflagrant.