Brevet FR3091337A1 — publié le 20200703

Description Titre de l'invention : Système de production de froid [0001] Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication de systèmes de production de froid, pour le refroidissement de locaux de conservation d'aliments par exemple. [0002] Plus précisément, l'invention concerne un système de production permettant d'alimenter à la fois des chambres froides dites positives et des chambres froides dites négatives. [0003] Les chambres froides positives sont des chambres froides dans lesquelles la tem- pérature est généralement comprise entre 1°C et 8°C, généralement utilisées pour conserver des produits frais tels que les fruits et légumes, les produits laitiers ou encore les viandes par exemple. [0004] Les chambres froides négatives sont des chambres froides dans lesquelles la tem- pérature est souvent inférieure à -18°C, généralement utilisées pour conserver des produits surgelés ou congelés. [0005] Pour conserver une température sensiblement stable dans ces chambres froides, des systèmes de production de froid sont utilisés. [0006] Ces systèmes de production de froid permettent de faire circuler un fluide frigorigène dans un ou plusieurs circuits fermés. [0007] Pour cela, chaque circuit fermé comprend une centrale thermique formant un point de départ et d'arrivée du fluide frigorigène. Le fluide frigorigène circule alors dans le circuit fermé en partant de la centrale thermique, en traversant une chambre froide, puis en retournant dans la centrale thermique. [0008] Dans la chambre froide, le fluide frigorigène subit un échange thermique avec l'air de la chambre froide. Le fluide frigorigène emmagasine la chaleur de l'air de la chambre froide en libérant sa fraîcheur de sorte que l'air de la chambre froide se refroidisse. [0009] Le fluide frigorigène retourne ensuite dans la centrale thermique pour se décharger de la chaleur emmagasinée et être de nouveau refroidi avant de recommencer sa circulation dans le circuit fermé. [0010] Les systèmes de productions de froid connus sont généralement conçus et destinés à une utilisation soit en chambre froide positive, soit en chambre froide négative. [0011] Pour refroidir une chambre froide positive en même temps qu'une chambre froide négative, il est donc nécessaire d'avoir un premier système de production de froid couplé à la chambre froide positive, et un deuxième système de production de froid couplé à la chambre froide négative. [0012] Par ailleurs, ces systèmes de production de froid comprennent des moyens de mise en 2 pression du fluide frigorigène, de sorte que le fluide frigorigène circule dans les circuits fermés à une pression avoisinant les 180 bars. Une telle pression est notamment souhaitable pour permettre d'obtenir le meilleur rendement frigorigène possible par le fluide frigorigène. [0013] Il existe donc un risque de danger pour les utilisateurs ou pour le personnel tra- vaillant à proximité des circuits de circulation du fluide frigorigène. [0014] En outre, les fluides frigorigènes utilisés sont généralement des produits chimiques composés pour obtenir un fort pouvoir frigorigène. Or, il est reconnu que ces produits chimiques présentent de forts risques d'explosion ou encore des risques sanitaires si une personne y est exposée trop longtemps, par exemple des risques dc provoquer des maladies lourdes. [0015] Ainsi, lorsque des opérations de maintenance doivent être effectuées sur ces systèmes de production de froid alors qu'ils sont installés dans un lieu recevant du public tel qu'un supermarché par exemple, un périmètre de sécurité doit être érigé (vis-à-vis des risques d'explosion). Cela peut s'avérer très préjudiciable pour le site en termes de perte d'activité et/ou d'image de marque dégradée. En pratique, il s'avère donc que les périmètres de sécurité ne sont pas installés. [0016] Enfin, de tels systèmes de production de froid présentent un taux de pollution important puisqu'il est nécessaire d'alimenter les centrales thermiques à l'aide de générateurs, ces générateurs fonctionnant généralement à l'aide de carburants polluants. [0017] L'invention a notamment pour objectif de palier les inconvénients de l'art antérieur [0018] Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un système de production de froid permettant d'assurer le maintien d'une température de conservation à la fois dans une ou plusieurs chambres froides positives et dans une ou plusieurs chambres froides négatives. [0019] L'invention a également pour objectif de fournir un tel système de production de froid qui soit sans dangers pour le personnel travaillant à proximité des circuits dans lesquels circule le fluide frigorigène. [0020] L'invention a en outre pour objectif de fournir un tel système de production de froid qui soit peu polluant comparativement aux systèmes de production de froid de l'art antérieur. [0021] Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un système de production de froid pour au moins un local à température positive et au moins un local à température négative, caractérisé en ce qu'il comprend : - une première centrale thermique ; - une deuxième centrale thermique, à CO2 ; - un échangeur thermique, à air ; 3 - un circuit à gaz, reliant la deuxième centrale thermique à chaque local à température négative en vue de le refroidir ; - un premier circuit d'eau glycolée, comprenant : - une première dérivation reliant la première centrale thermique à chaque local à température positive ; - une deuxième dérivation reliant la première centrale thermique à la deuxième centrale thermique pour le refroidissement de fluide circulant dans le circuit à gaz; - un deuxième circuit d'eau glycoléc, reliant l'échangeur thermique à la première centrale thermique en vue de la refroidir. [0022] A partir de ce seul système de production de froid, il est ainsi possible de maintenir une température de conservation souhaitée à la fois dans des locaux à température positive et dans des locaux à température négative. [0023] En outre, un tel système de production de froid utilise comme fluides frigorigènes de l'eau glycoléc, du propane (r290) et du CO2. Ces trois fluides frigorigènes sont peu voire pas nocifs pour le personnel travaillant à proximité des circuits fluidiques. De plus, ces fluides nécessitent une compression très faible (de l'ordre de 30 bars à 40 bars maximum (on parle alors d'un état subcritiquc) pour offrir un bon pouvoir frigorigène contrairement à l'art antérieur dans lequel le fluide est à une pression d'environ 180 bars (on parle alors d'un état transcritiquc). [0024] Enfin, un tel système de production de froid est peu polluant comparativement aux systèmes de production de froid de l'art antérieur. En effet, l'interaction entre le premier circuit d'eau glycolé et la deuxième centrale thermique permet notamment de diminuer les ressources énergétiques nécessaire à la production de froid pour le refroidissement des locaux à température négative. [0025] Avantageusement, chaque circuit forme une boucle fermée comprenant une première ligne et une deuxième ligne, la première ligne étant destinée à faire circuler un fluide à une température différente de celle d'un même fluide circulant dans la deuxième ligne. [0026] Ainsi, chaque fluide frigorigène provenant de la centrale thermique, peut atteindre chaque local à température négative ou à température positive par la première ligne, sans risque d'être réchauffé par le même fluide frigorigène réchauffé, c'est-à-dire repartant du local à température positive ou à température négative en direction de la centrale thermique. [0027] De préférence, le premier circuit d'eau glycolée comporte un réservoir brasseur po- sitionné entre la première centrale thermique et des moyens de dérivation séparant la première dérivation et la deuxième dérivation d'une conduite commune. [0028] Un tel réservoir brasseur permet de disposer d'une réserve de fluide caloporteur pour pallier à un éventuel problème dans le système de production de froid. [0029] Préférentiellement, le réservoir brasseur présente une entrée d'eau destinée à être raccordée temporairement à une arrivée d'eau et à une source de glycol. [0030] Cela permet ainsi de réaliser une mise à niveau de l'eau glycolée contenue dans le réservoir en cours d'utilisation du système de production de froid. [0031] De manière avantageuse, le réservoir brasseur présente : - une première interface destinée à assurer le raccordement du réservoir brasseur à la première ligne du premier circuit d'eau glycolée ; - une deuxième interface destinée à assurer le raccordement du réservoir brasseur à la deuxième ligne du premier circuit d'eau glycolée, l'eau glycolée contenue dans le réservoir brasseur étant brassée par le flux de l'eau glycolée circulant dans la première ligne, à contre sens par rapport à deuxième ligne. [0032] Le brassage de l'eau est alors réalisé par le seul cheminement de l'eau glycolée dans le premier circuit d'eau glycolée. [0033] Dès lors, il n'est pas nécessaire d'utiliser des moyens de brassage mécaniques par exemple, de tels moyens de brassage mécaniques pouvant présenter un risque de défaillance et donc un risque de dysfonctionnement du système de production de froid. [0034] Avantageusement, le système de production de froid comprend un bâti sur lequel sont montés : - la première centrale thermique ; - la deuxième centrale thermique ; - l'échangeur thermique ; - le deuxième circuit d'eau glycolée ; - des moyens de raccordement pour relier : - le circuit à gaz à la deuxième centrale thermique ; - le premier circuit d'eau glycolée à la première centrale thermique. [0035] Ainsi, le système de production de froid peut être transporté aisément d'un premier lieu d'utilisation à un deuxième lieu d'utilisation. [0036] En d'autres termes, le système de production de froid selon l'invention peut être un système nomade permettant notamment d'être utilisé pour des évènements éphémères, et d'être adapté à différentes configurations d'utilisation. [0037] L'air et l'eau sont des fluides non nocifs qui sont généralement disponibles sans grandes difficultés. Ainsi, le fonctionnement du système de production de froid, selon l'invention, est simple d'utilisation et sécure pour le personnel travaillant à proximité de ce dernier. [0038] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : est une représentation schématique d'un plan de circulation fluidique d'un système de production de froid selon r invention ; [fig.1] est une schématique vue de face d'un système de production de froid selon l' invention. [0039] La figure 1 illustre schématiquement un plan de circulation fluidique d'un système de production de froid 1 selon r invention, pour au moins un local à température positive 2 et au moins un local à température négative 3, selon l'invention. [0040] Le système de production de froid lcomprend : - une première centrale thermique 4; - une deuxième centrale thermique 5, à CO2 ; - un échangeur thermique 6 ; - un circuit à gaz 7 ; - un premier circuit d'eau glycol& 8 ; - un deuxième circuit d'eau glycol& 9. [0041] La première centrale thermique 4 est une centrale fonctionnant au gaz naturel, par exemple au moyen d'une source de propane S (ou R290). Plus précisément, la première centrale thermique 4 est un refroidisseur d'eau glacée. [0042] Cette première centrale thermique 4 permet, comme décrit ci-après, dc refroidir unc eau glycolée à une température en sortie de la première centrale thermique 4 de moins -8°C environ. [0043] La première centrale thermique 4 comprend également : - une première interface 10 destinée à permettre la communication fluidique et notamment en eau glycolée entre le premier circuit d'eau glycolée 8 et la première centrale thermique 4, - une deuxième interface (non visible sur les figures) permettant la communication fluidique, et notamment en eau glycolée, entre le deuxième circuit d'eau glycolée 9 et la première centrale thermique 4. [0044] La deuxième centrale thermique 5 est une unité de production de froid en CO2, c'est-à-dire qu'elle permet de faire circuler et de refroidir un fluide caloporteur ou frigorigène tel que du CO2. [0045] Par ailleurs, la deuxième centrale thermique 5 comprend un condenseur à eau Si permettant un transfert de calories entre le circuit à gaz 7 et la deuxième dérivation 82 du premier circuit d'eau glycolée8. [0046] Chaque circuit d'eau glycolée 8,9 et circuit à gaz 7 forme une boucle fermée comprenant une première ligne 7a, 8a, 9a, et une deuxième ligne 7b, 8b, 9b. [0047] Plus précisément, la première ligne 7a, 8a, 9a est destinée à faire circuler un fluide à une température différente de celle d'un même fluide circulant dans la deuxième ligne 7b, 8b, 9b. [0048] Autrement dit, la première ligne 7a, 8a, 9a permet de faire circuler un fluide th- 6 gorigène dit froid et la deuxième ligne 7b, 8b, 9b permet de faire circuler le même fluide frigorigène dit réchauffé, c'est-à-dire le fluide ayant subi une transformation ou un changement thermique en s'étant réchauffé, ou inversement. [0049] Tel qu'illustré sur la figure 1, le premier circuit d'eau glycolée 8 comprend : - une première dérivation 81 reliant la première centrale thermique 4 à chaque local à température positive 2 ; - une deuxième dérivation 82 reliant la première centrale thermique 4 à la deuxième centrale thermique 5 pour le refroidissement du fluide dans le circuit à gaz 7. [0050] Plus précisément, chaque ligne 8a, 81) du premier circuit d'eau glycolée 8 comprend des moyens de dérivation 83. [0051] Pour la première ligne 8a, les moyens de dérivation 83 comprennent un séparateur permettant de diviser un flux unique sortant de la première centrale thermique 4 vers la première dérivation 81 et la deuxième dérivation 82. [0052] Pour la deuxième ligne 8b, les moyens de dérivation comprennent un collecteur permettant de recevoir le fluide de la première dérivation 81 et de la deuxième dérivation 82 pour créer une voie unique de fluide dirigée vers la première centrale thermique 4. [0053] Le premier circuit d'eau glycolée 8 comprend en outre un réservoir brasseur 11 po- sitionné entre la première centrale thermique 4 et le séparateur et le collecteur du premier circuit d'eau glycolée 8. [0054] Le réservoir brasseur 11 présente : - des premiers moyens de raccordement I la destinés à assurer le raccordement du réservoir brasseur 11 à la première ligne 8a du premier circuit d'eau glycolée 8 ; - des deuxièmes moyens de raccordement 1lb destinés à assurer le raccordement du réservoir brasseur 11 à la deuxième ligne 8b du premier circuit d'eau glycolée 8. [0055] Selon le présent mode de réalisation, les premiers moyens de raccordement Ila sont disposés dans une partie inférieure du réservoir brasseur 11 et les deuxièmes moyens de raccordement 1lb sont disposés dans une partie supérieure du réservoir brasseur Il. [0056] L'eau glycolée contenu dans le réservoir brasseur 11 est ainsi brassée par le flux d'eau glycolée circulant dans la première ligne 8a et dans la deuxième ligne 8b. [0057] Plus précisément, l'eau glycolée circulant dans la première ligne 8a circule depuis la première centrale thermique 4 vers chaque chambre froide positive 2 tandis que l'eau glycolée circulant dans la deuxième ligne 8b circule depuis là ou chaque chambre froide positive 2 vers la première centrale thermique 4. Ainsi, la circulation en sens inverse dans la première ligne 8a et dans la deuxième ligne 8b créée un mouvement de brassage dans le réservoir brasseur 11. [0058] Le réservoir brasseur 11 présente en outre une entrée d'eau 12 destinée à être raccordée de manière temporaire à une arrivée d'eau 13 et à une source de glycol (non 7 représentée). [0059] De préférence, l'arrivée d'eau 13 est par exemple une arrivée d'eau communale et la source de glycol est un bidon contenant du glycol, ce qui permet un dosage précis du glycol dans l'eau. [0060] Le deuxième circuit d'eau glycolée 9 relie, quant à lui, l'échangeur thermique 6 à la première centrale thermique 4 en vue refroidir cette dernière. [0061] Plus précisément, la première ligne 9a du deuxième circuit d'eau glycolée 9 permet de transférer l'eau glycolée depuis la première centrale thermique 4 jusqu'au condenseur thermique 6 puis la deuxième ligne 9b permet de faire circuler l'eau glycolée depuis le condenseur thermique 6 vers la première centrale thermique 4. Le condenseur thermique 6 permet ainsi de refroidir l'eau glycolée du deuxième circuit d'eau glycolée 9. [0062] Avantageusement l'échangeur thermique 6 est un échangeur thermique à air,et plus précisément un condenseur à air. [0063] Le circuit à gaz 7 relie ainsi la deuxième centrale thermique 5 à chaque local à tem- pérature négative 3 en vue de le refroidir. [0064] A l'instar des circuits d'eau glycolée8 9, le circuit à gaz 7 comprend une première ligne 7a permettant l'acheminement d'un fluide froid depuis la deuxième centrale thermique 5 vers chaque local à température négative 3 et une deuxième ligne 7b permettant d'acheminer un fluide réchauffé depuis chaque local à température négative 3 vers la deuxième centrale thermique 5. [0065] La jonction entre chaque ligne 7a, 7b, 8a, 8b du premier circuit d'eau glycolée 8 et du circuit à gaz 7 est assuré à l'intérieur de chaque local à température positive 2 et de chaque local à température négative 3, par l'intermédiaire de moyens de diffusion 14 (un seul étant illustré sur la figure 1, pour le circuit à gaz 7). [0066] Plus précisément, les moyens de diffusion 14 comprennent un ventilateur permettant de recycler un air contenu dans le local à température positive2 ou dans le local à température négative 3. [0067] L'eau glycolée circulant dans le premier circuit d'eau glycolée 8, se réchauffe ainsi et continue son cheminement dans la deuxième ligne 8b pour revenir vers le premier échangeur thermique 4 en étant réchauffée. [0068] En variante, notamment pour le circuit à gaz 7, les moyens de diffusion 14 peuvent comprendre un ventilateur raccordé à la première ligne 7a du circuit à gaz 7 pour pulser le fluide à une température négative provenant de la deuxième centrale thermique 5 directement dans chaque local à température négative 3. [0069] Selon un mode de réalisation avantageux, le système de production de froid 1 selon l'invention comprend un bâti 15 sur lequel sont montés : - la première centrale thermique 4 ; 8 - la deuxième centrale thermique5 ; - l'échangeur thermique 6 ; - le deuxième circuit d'eau glycolée 9 ; - des moyens de raccordement 16, 17 pour relier : - le circuit à gaz 7 à la deuxième centrale thermique 5 ; - le premier circuit d'eau glycolée 8 à la première centrale thermique 4. [0070] Un tel bâti 15 permet ainsi d'obtenir un système de production de froid 1 compact qui peut être transporté dans différentes localisations d'utilisation et peut-être adapté à différentes tailles d'unités de conservation. [0071] Plus précisément, des premiers moyens de raccordement 16 sont situés au voisinage de la deuxième centrale thermique 5, et des deuxièmes moyens de raccordement 17 sont situés au voisinage de la première centrale thermique 4. [0072] En variante, les deuxièmes moyens de raccordement peuvent être situés au voisinage du réservoir brasseur 1 1 , des conduites souples ou rigides peuvent alors être prévues pour relier la première centrale thermique 4 au réservoir brasseur 11. [0073] En utilisation, un restaurateur peut déposer le bâti 15 à proximité de son unité de conservation et raccorder le système de production de froid 1 à chaque local à température positive 2 et chaque local à température négative 3 dont il dispose. [0074] Pour relier le système de production de froid 1 à chaque local à température positive 2 et chaque local à température négative 3, le restaurateur utilise des conduites reliant les deuxièmes moyens de raccordement 17 avec chaque local à température positive 2 et à la deuxième centrale thermique 5, et d'autres conduites reliant les premiers moyens de raccordement 16 à chaque local à température négative 3. [0075] En fonctionnement, le restaurateur alimente grâce à l'entrée d'eau 12 le réservoir brasseur 11 en injectant dans ce dernier de l'eau et du glycol. [0076] Lorsque le réservoir brasseur 11 est rempli, le restaurateur peut alors mettre en fonc- tionnement la première centrale thermique 4 de sorte à refroidir l'eau glycolée contenu dans le réservoir brasseur 11 par circulation de cette eau dans le premier circuit d'eau glycolée 8. [0077] Après un temps d'utilisation prédéterminé, le restaurateur peut ajuster le niveau d'eau glycolée dans le réservoir brasseur 11 en ajoutant de l'eau et/ou du glycol. [0078] Une fois les niveaux ajustés, l'eau glycolée quitte la première centrale thermique 4 par la première ligne 8a, à une température d'environ -8°C, pour atteindre le réservoir brasseur 11, quitte ensuite le réservoir brasseur 11 jusqu'aux moyens de dérivation 83 où une partie de l'eau glycolée est dirigée vers chaque local à température positive 2 en vue de la refroidir et une autre partie est dirigée vers la deuxième centrale thermique 5 en vue de refroidir le circuit à gaz 7 circulant dans la deuxième centrale thermique 5 comme expliqué ci-après. 9 [0079] L'eau glycolée ressortant de la deuxième centrale thermique 5 et de chaque local à température positive 2 est alors dirigée vers le collecteur de la deuxième ligne 811 pour former un flux unique dirigé vers la partie haute du réservoir brasseur 11 puis quitte le réservoir brasseur depuis cette même partie haute pour atteindre la première centrale thermique 4. [0080] Lors de la traversée du réservoir brasseur 11, l'eau glycolée circulant dans la première ligne 8a et dans la deuxième ligne 8b induit un mouvement de brassage continu dans le réservoir brasseur 11 si bien que l'eau glycolée contenu dans le réservoir brasseur 11 présente un gradient de températures allant du plus froid au plus chaud depuis la partie inférieure vers la partie supérieure. [0081] A titre d'exemple, l'eau glycolée entrant dans le réservoir brasseur 11 par la partie in- férieure, c'est-à-dire par la première ligne 8a, présente une température d'environ -8°C, et l'eau entrant dans le réservoir brasseur 11 par la partie supérieure, c'est-à-dire par la deuxième ligne 8b, présente une température d'environ -6°C. [0082] Ainsi, le brassage continu de l'eau glycolée dans le réservoir brasseur 11 permet que l'eau du réservoir brasseur 11 présente un gradient tel que la portion inférieure du réservoir brasseur 11 présente une température d'environ -8°C, la portion supérieure présente une température d'environ -6°C et une portion intermédiaire située entre la portion supérieure et la portion inférieure présente une température d'environ -7°C. [0083] Le deuxième circuit d'eau glycolée 9 permet un échange de calories pour refroidir la première centrale thermique 4, pour cela, l'eau glycolée circulant dans le deuxième circuit d'eau glycolée 9 quitte la première centrale thermique 4 pour atteindre le l'échangeur thermique 6 (condenseur à air), échange des calories avec l'air extérieur condenseur à air puis retourne refroidi jusqu'à la première centrale thermique 4. Cet échange permet de refroidir la première centrale thermique 4. [0084] Le refroidissement de chaque local à température négative 3 est réalisé par du fluide refroidit dans la deuxième centrale thermique 5 au moyen notamment de l'eau glycolée circulant dans la deuxième dérivation 82 du premier circuit d'eau glycolée 8. [0085] Le fluide froid, en l'espèce le CO2, quitte la deuxième centrale thermique 5 par la première ligne 7a, pour atteindre les moyens de diffusion 14 de chaque local à température négative 3 puis du fluide est prélevé dans chaque local à température négative 3 pour être acheminé par la deuxième ligne 7b vers la deuxième centrale thermique 5 afin d'y être refroidi et de nouveau injecté dans la première ligne 7a du circuit à gaz 7. [0086] Un tel système de production de froid 1 permet de réduire les émissions nocives pour la planète, notamment les émissions de gaz à effet de serre puisque l'utilisation d'un fluide tel que le CO2 pour le refroidissement de chaque local à température négative 3, l'utilisation d'eau glycolée pour le refroidissement de chaque local à température positive 2, et l'utilisation d'une première centrale thermique 4 fonctionnant au gaz naturel permettent également de rejeter une faible quantité de gaz carbonique dans l'atmosphère. [0087] Par ailleurs, un tel système de production de froid 1 est sûr pour les utilisateurs notamment les restaurateurs ou les personnes travaillant à proximité des locaux refroidis ou du système de production de froid 1 puisque le fluide contenu dans le circuit à gaz 7 circule à une pression maximale de 40 bars. Ainsi en cas de fuite, le niveau de dangerosité reste acceptable. [0088] De plus, la quantité de fluide nécessaire pour le refroidissement de chaque local à température négative 3 et chaque local à température positive 2, est relativement faible comparativement aux systèmes de production de froid de l'art antérieur. [0089] Enfin, le glycol présente de faibles risques pour la santé. Ainsi son utilisation en étant mélangé dans de l'eau pour former l'eau glycolée présente de faibles risques pour la santé pour les utilisateurs ou le personnel travaillant à proximité du système de production de froid 1 ainsi qu'un faible risque d'explosion. [0090] En pratique, chaque circuit d'eau glycol& 8, 9 peut comprendre l'un au moins des accessoires suivant : - filtre 18; - purgeur 19 ; - thermomètre 20 ; - manomètre 21 ; - vanne 22 ; - vase d'expansion 23, - contrôleur de débit 24. 11 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]