Brevet FR3139342A1 — publié le 20240308

Fluide caloporteur pour des systèmes de réfrigération embarqués. L’invention porte sur l’utilisation du gaz R1234ZE en tant que fluide réfrigérant, notamment dans un matériel comprenant un système de réfrigération embarqué. Figure pour l’abrégé : pas de figure. Fluide caloporteur pour des systèmes de réfrigération embarqués. La présente invention se rapporte aux matériels comportant des systèmes de réfrigération embarqués. Il se rapporte plus particulièrement aux fluides frigorigènes utilisés dans de tels matériels. Parmi ces matériels, on connait, notamment, les réfrigérateurs, les congélateurs, les machines à glaçons et les fontaines d’eau froide, les vitrines et meubles froids. Le système de réfrigération fait partie intégrante du matériel et il est déplaçable en une seule fois avec ce matériel. Le système de réfrigération comprend un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène dont on utilise le passage d’une phase liquide à une phase gazeuse pour produire du froid utilisé dans le matériel. Le fluide frigorigène est généralement un gaz, c’est-à-dire qu’à température et pression normales, il est sous une forme gazeuse. Parmi ces gaz on a longtemps utilisé des chlorofluorocarbones (CFC) qui se sont révélés nuisibles à la couche d’ozone de l’atmosphère. Ils sont en outre de puissants gaz à effet de serre. Ils ont pour cela été interdits par le protocole de Montréal (1987). Ils ont notamment été remplacés par des hydrofluorocarbure (HFC). Cependant, ces gaz sont aussi de puissants gaz à effet de serre ; la règlementation F-GAS (n°5172-014) entrée en vigueur le 01/01/2015 et relatif aux fluides frigorigènes vise à la réduction progressive de mise sur le marché des HFC, et à interdire certains autres fluides. De nouveaux fluides ont donc été proposés. Ils doivent avoir un Potentiel de Réchauffement Global (PRG) faible ; le sigle PRG, correspond au sigle GWP, de l’anglais (Global Warning Potential). Ainsi, le PRG doit être inférieur à 150. L’interdiction progressive des gaz ayant un PRG supérieur à 150, a ainsi vu naitre sur le marché des gaz peu impactant pour le réchauffement de la planète et la réduction de la couche d’ozone. Ces gaz de nouvelle génération vers lesquels se sont tournés les fabricants de matériels utilisant un fluide frigorigène se révèlent généralement dangereux notamment par leur haut degré d’inflammabilité. Actuellement il existe une classification internationale des fluides frigorigènes en fonction de leur inflammabilité : - A1 : fluides non inflammable - A2L : fluides légèrement inflammables - A2 : fluides inflammables - A3 : fluides hautement inflammables et explosifs On connait ainsi les gaz suivants : - R455A : il est classé A2L et possède un PRG de 146. Il est donc inflammable et son PRG est proche de la limite supérieure acceptable ; - R454C: il est classé A2L et possède un PRG de 146. Il est donc inflammable et son PRG est proche de la limite supérieure acceptable ; - R1234YF: il est classé A2L et possède un PRG de 4. Il est donc inflammable, même si son PRG particulièrement faible Il est utilisé pour la climatisation dans les automobiles ; -R290 (Propane) : il est classé A3. Il est donc particulièrement dangereux ; il utilisé dans la plupart des cas pour tous les équipements embarqués (notamment les réfrigérateurs, les congélateurs, les vitreries réfrigérées, les machines à glaçons et les fontaines d’eau froide). Du fait de sa dangerosité, ce gaz est très limité en poids de charge à 150g maxi par circuit, et, conformément à la règlementation des établissements recevant du public, l’ensemble des charges additionnées ne peut dépasser un poids total de 1.250 kg. - R600A et R600 (iso butane) : il est classé A3 et possède un PRG de 4. Comme le propane, il est donc très dangereux, même si son PRG est particulièrement faible. Il est utilisé dans la réfrigération domestique, mais aussi sur des installations avec groupe embarqué pour les petits appareils en établissement recevant du public ; il a les mêmes inconvénients et contraintes que le propane (R290). On note que les R290, R600A et R600 sont des gaz d’origine fossile, c’est à dire issu de la distillation du pétrole brut par purification des gaz nature ou séparation des gaz de pétrole liquéfié. Un but de l’invention, est de proposer un fluide caloporteur qui présente à la fois une faible dangerosité en même temps qu’un faible potentiel de réchauffement global (PRG), tout en étant adapté à l’usage dans des groupes frigorifiques embarquées, notamment pour des matériels à usage domestique ou dans des établissements recevant du public. On note que l’on se réfère ici aux règlementions de la communauté européenne. Pour résoudre ce problème, et en premier lieu, l’invention propose un procédé dans lequel on utilise le gaz R1234ZE en tant que fluide frigorigène. Avantageusement, on utilise le gaz R1234ZE en tant que fluide frigorigène dans un matériel destiné à produire du froid comprenant un système de réfrigération embarqué. Ce matériel peut être dans la liste suivante : - les armoires froides positives ou négatives - les machines à glaçons ; - les vitrines réfrigérées ; - les meubles réfrigérés ; - les fontaines à eau branchées à un réseau, ou pas ; - les cellules de refroidissements rapides de capacité variable ; - les armoires froides mobiles de maintien en température ; et, - les pompes à chaleurs de petites et moyennes puissances, y compris les pompes à chaleurs des lave-vaisselles professionnels. En deuxième lieu, l’invention porte sur un matériel mettant en œuvre un procédé selon l’invention. Plusieurs modes d’exécution de l’invention seront décrits ci-après, à titre d’exemples non limitatifs. Le gaz nommé HFO-1234ze (ci-après R-1234ZE) est une hydrofluoroléfine de formule chimique : trans-1,3,3,3-Tetrafluoroprop-1-ene Ce gaz est classé A2L et a un PRG de 7/1, suivant les données fournies par l’organisme de classement. Il est utilisé pour la propulsion et l’injection, notamment pour l’injection de polyuréthane en phase liquide. Il n’est pas utilisé en réfrigération commerciale. Après étude des capacités thermodynamiques du gaz R1234ZE, il nous est apparu qu’il peut remplir la fonction de gaz réfrigérant, non issu de produits fossiles, avec un PRG inférieur à 5 tout en évitant le classement A3 (explosif et très inflammable). Bien que classé A2L (légèrement inflammable) ce gaz a la particularité de ne pas être inflammable (soit classé en catégorie A1) jusqu’à une température ambiante de 30.0 °C. Ce gaz est donc plus avantageux que les R290, R600A et R600, précédemment cité, sur tous les critères. Le R1234ZE est un gaz pur. Des essais dans une armoire froide de 700 litres et dans une armoire froide de 1400 litres (armoires HIBER M70TNN et M140 TNN) ont démontré que le R1234ZE a de bons résultats, tant en stabilité qu’en réfrigération. Ces résultats sont similaires à ceux du Gaz R134A, lui aussi un gaz pur, mais désormais interdit pour tous les matériels neufs mis sur le marché depuis le 1 er janvier 2022. On va maintenant décrire plus précisément les étapes d’essais réalisés. Chaque essai est pratiqué en atelier. Dans l’exemple décrit ci-dessous, il s’agit de l’armoire de 700 litres nominaux (armoire HIBER M70TNN). Les résultats des tests avec le gaz R1234ZE sont comparés avec des tests identiques effectués sur la même armoire dans sa configuration d’origine, préalablement à sa modification et son adaptation à l’usage du gaz R1234ZE. Le fluide réfrigérant utilisé à l’origine dans l’armoire est le R134A. Etape 1 : - Récupération du gaz réfrigérant d’origine (ici le R134A), et dépose du compresseur d’origine. Etape 2 : Mise en place d’un compresseur de même puissance, adapté à l’usage du gaz R1234ZE. Ce compresseur est en configuration A2L, c’est à dire qu’il est configuré pour fonctionner avec un gaz réfrigérant légèrement inflammable. Ainsi, l’armoire reste conforme aux exigences d’un usage avec le gaz R1234ZE dans un établissement recevant du public. Etape 3 : Mise au vide absolu pendant 24 heures du circuit frigorifique afin de détecter d’éventuelles fuites. Etape 4 : Après vérification qu’aucune fuite n’est présente, injection dans le circuit du gaz R1234ZE avec la même valeur, c’est à dire un même poids de gaz que pour le R134A, soit une charge de 285g. Etape 5 : Un premier essai est effectué avec une détente capillaire ; deux tours ont été ajoutés au système de détente par capillaire de façon à valider le temps de descente en température de l’armoire. Un deuxième essai a été effectuée en remplaçant le système de détente capillaire par un détendeur. Etape 6 – test de la durée de descente initiale : La température ambiante à l’extérieur de l’armoire étant de 35 degrés Celsius, la descente initiale depuis cette température de +35°C à + 2°C, la durée constatée a été de 24 minutes. Cette durée est inférieure de 5 minutes de moins qu’avec le gaz d’origine R134A. Etape 7 – test d’ouverture de portes : Lors d’un test simulant des ouvertures de porte pour le remplissage en denrées alimentaires on a constaté des remontés de température normales, comprises entre +2°C à + 8°C en instantané. Les produits entrés dans l’armoire étaient à 3°C. Le temps de redescente au niveau du point de consigne a été de 8 minutes soit 1 minutes de moins qu’avec le R134A. Les températures ambiantes sont restées en dessous de 30°C, soit des températures pour lesquelles pour le R1234ZE est classé. Dans le cadre de cet essai, l’usage d’un compresseur en configuration A2L est donc surabondant. Etape 8 : Analyse des résultats de l’essai. Cet essai démontre que le gaz R1234ZE possède les qualités thermodynamiques nécessaires à la production de froid. Ces capacités thermodynamiques sont très proches de celle d’un gaz d’origine fossile, sans en avoir les inconvénients. En particulier, le gaz R1234ZE, compte tenu de sa faible dangerosité, et même de son absence totale de dangerosité pour des températures ambiantes, ne nécessite pas les procédures complexes longues et couteuses d’intervention et de maintenance sur le système de réfrigération, notamment pour remplacer le compresseur. Les mêmes résultats sont obtenus dans le premier essai, avec le système de détente capillaire et dans le deuxième essai, avec le détendeur Tous les tests effectués sur des équipements procédant un groupe embarqué, nous ont montré tant sur le plan écologique que sur le plan de la sécurité, un résultat au moins équivalent au R290 (Propane), sans en avoir les inconvénients. En particulier, les gaz d’origine fossile sont limités en volumes de charge par circuit à 150g maximum et à 1,250kg toutes charges additionnées dans un établissement recevant du public, quelles que soient les dimensions de cet établissement. Compte tenu de son très faible PRG, le gaz R1234ZE n’est pas tenu à ces limitations. Bien que de façon très surprenante le gaz R1234Ze n’ait jamais été utilisé en tant que fluide réfrigérant pour remplacer le propane (R290), il est tout aussi performant et n’en présente pas les inconvénients relatifs à la sécurité et à l’effet de serre. L’utilisation du gaz R1234ZE, notamment dans des matériels ayant un système de réfrigération embarqué, particulièrement pour des matériels domestiques ou utilisables dans des établissements recevant du public. Il apparait donc que le champ d’utilisation du gaz R1234ZE comprend notamment un usage en tant que fluide frigorigène pour : - les armoires froides positives et négatives - les machines à glaçons ; - les vitrines réfrigérées ; - les meubles réfrigérés ; - les fontaines à eau branchée à un réseau, ou pas ; - les cellules de refroidissements rapides de capacité variable ; - les armoires froides mobiles de maintien en température ; - les pompes à chaleurs de petites et moyennes puissances, y compris les pompes à chaleurs des lave-vaisselles professionnels ; et, - les groupes à distances pour les chambres froides et locaux à températures dirigées. Plus généralement, le champ d’utilisation du gaz R1234ZE s’étend à tous les matériels destinés à produire du froid disposant d’un système de réfrigération embarqué. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Au contraire, l'invention est définie par les revendications qui suivent. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Procédé pour produire du froid caractérisé en ce qu’on utilise le gaz R1234ZE en tant que fluide frigorigène. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on utilise le gaz R1234ZE en tant que fluide frigorigène dans un matériel destiné à produire du froid comprenant un système de réfrigération embarqué. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériel est compris dans la liste suivante : - les armoires froides - les machines à glaçons ; - les vitrines réfrigérées ; - les meubles réfrigérés ; - les fontaines à eau branchée à un réseau, ou pas ; - les cellules de refroidissements rapides de capacité variable ; - les armoires froides mobiles de maintiens en température ; et, - les pompes à chaleurs de petites et moyennes puissances, y compris les pompes à chaleurs des lave-vaisselles professionnels. Matériel pour produire du froid, caractérisé en ce qu’il utilise le gaz R1234ZE en tant que fluide frigorigène. Matériel selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’il comprend un système de réfrigération embarqué. Matériel selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il est compris dans la liste suivante : - les armoires froides - les machines à glaçons ; - les vitrines réfrigérées ; - les meubles réfrigérés ; - les fontaines à eau branchée à un réseau, ou pas ; - les cellules de refroidissements rapides de capacité variable ; - les armoires froides mobiles de maintiens en température ; et, - les pompes à chaleurs de petites et moyennes puissances, y compris les pompes à chaleurs des lave-vaisselles professionnels. .