Brevet FR3138686A1 — publié le 20240209

La chambre froide à inertie thermique (*), est une chambre alimentée grâce à l'énergie solaire. Elle est autonome et permet d’avoir une température positive +4°C pour le compartiment (C1) et négative -25°C pour le compartiment (C2). Le circuit du froid est composé d’un compresseur frigorifique (17) et d’un système de stockage thermique à convection naturelle (évaporateur) connu sous le nom de plaques eutectiques (7), (8) et (23). La température de référence est fixée par l’utilisateur pour le compartiment (C1) par l’action de thermostat sur les ventilateurs (21) de transfert. L’énergie électrique produite par le panneaux solaires photovoltaïques (2) alimente directement le compresseur (17) à travers un onduleur hybride (14), fonctionne sur la base d’un algorithme de commande. Un algorithme assure un équilibre entre la puissance électrique produite par les panneaux solaires et la puissance électrique absorbée par le compresseur frigorifique (17). Figure pour l’abrégé : Figure 1 (*)L'inertie thermique d’une chambre froide est sa capacité de conserver la température interne CHAMBRE FROIDE SOLAIRE A INERTIE THERMIQUE Domaine technique auquel se rapporte l’invention Le projet se rattache à l’ingénierie du froid et au secteur de la conservation des aliments plus précisément les chambres froides. La chambre froide proposée est hybride alimentée par l’énergie solaire. En cas de chute de température dans des circonstances exceptionnelles, elle sera alimentée par un groupe électrogène (16), alimenté par le carburant , ou un réseau électrique. La chambre froide est composée de deux compartiments, un compartiment de congélation (C2) et un compartiment de réfrigération (C1). Elle offre une solution fiable efficace et compacte pour préserver des produits frais dans des régions isolées, où le coût d'énergie est élevé. La production de froid se fait à partir des panneaux solaires photovoltaïques (2) et la gestion énergique est contrôlée par un algorithme intelligent. La chambre froide à inertie thermique est une solution modulable et innovante, elle se distingue des chambres froides traditionnelles par le faite qu’elle apporte des solutions pratiques et professionnelles aux nécessités de conservation et de stockage des aliments dans plusieurs secteurs: l'agriculture, hôtellerie, restauration, entreprises de catering... etc (*)L'inertie thermique d’une chambre froide est sa capacité de conserver la température interne Etat de la technique antérieure Les batteries solaires stockent l’énergie produite par les panneaux photovoltaïques afin d’assurer l’alimentation électrique en toutes circonstances ( jour ou nuit, ciel dégagé ou couvert ). Les batteries utilisées avec des panneaux solaires sont des batteries à décharge lente (appelées aussi batteries solaires). Sachant que le coût des batteries solaires est relativement élevé, vu la hausse des prix des matériaux qui les composent, ce coût dépasse souvent les 40% de la chambre froide solaire à batteries, ce qui rend son amortissement difficile. L’originalité de l’invention réside dans la réduction du coût de la chambre froide et en même temps de l’augmentation de sa durée de vie par l’élimination des batteries et l'intégration dans le circuit frigorifique de la chambre de la technologie de stockage à base d’évaporateur à plaques eutectiques à convections naturelles (7), (8) et (23). Il s’agit d’une solution fiable et moins couteuse et dont le coût de maintenance est quasi nul, car elle permet de stocker et de restituer l'énergie sous forme de chaleur lente. Il s’agit d’une invention qui pourra révolutionner les chaines de froids. But de l’invention Offrir une solution économiquement moins couteuse et fiable à base des énergies renouvelables (solaire photovoltaïque) pour la préservation des aliments dans les sites isolés et même la réduction de la consommation d'énergie électrique dans les sites connectés au réseau. Le coût de la chambre froide à base d’évaporateur à plaques eutectiques à convections naturelles (7), (8) et (23) intégrées dont la durée de vie et illimitée est nettement inférieur par rapport à celle utilisant des batteries solaires. Le coût des plaques eutectiques est égal à environ 10% du prix des batteries électrochimiques, dont la durée de vie moyenne est de quatre années seulement. Les plaques eutectiques à convections naturelles du système de froid se chargent complètement en 20 heures d’ensoleillement (env. 2 jours) lorsque la chambre est alimentée par énergie solaire seulement, de 5 à 6 heures lorsqu’elle est alimentée à partir du réseau . Le coût total de l’invention dans son stade de prototype est environ 1.2Million DA avec un volume utile de 6m 3 pour la réfrigération (C2) et 3m 3 pour la congélation (C1), y compris un groupe électrogène de 5KVA, ce coût sera considérablement réduit dans le cas de production en série du produit . L’absence des batteries solaires réduit considérablement le coût d'entretien de la chambre froide. La technique utilisée grâce à l’algorithme de la commande de l'onduleur hybride (14) permet la variation progressive de vitesse du compresseur et du ventilateur de condensateur, ce qui démunie l'usure mécanique et la surchauffe de bobinage, ce qui va augmenter la durée de vie de groupe frigorifique (17), et l’élimination des pannes répétées habituelles dans les chambres froides classiques. La technique développée dans l’invention, avec ses avantages peut être adaptée selon les besoins pour les chambres froides de grandes capacités. L’algorithme développé de la commande de l'onduleur hybride(14) permet un fonctionnement adaptatif aux faibles taux d'ensoleillement. Après la première mise en marche de la chambre froide et la fixation de la température de référence désirée dans le compartiment (C1), la chambre fonctionne d’une manière autonome et automatique grâce à la commande autostar. La chambre froide peut être conçue sous différents volumes pour faciliter le déplacement et le transport directement vers n’importe quel site isolé, tels que les bases de vie et chantier. L 'innovation rentre dans un contexte d'éco-conception, par l'utilisation des énergies renouvelables . La non-utilisation des batteries chimiques classiques pour le stockage la rend très écologique et à bon impact sur l'environnement . Enoncé des figures : Vue en perspective globale de la chambre froide : Vue des trois faces de la chambre froide : Vue éclatée de la chambre froide. Présentation de la substance de l’invention La chambre froide à inertie thermique est une solution originale dédiée aux zones isolées, elle permet la production du froid par l’énergie solaire photovoltaïque (2) sans recourir à l’usage de batteries électrochimiques couteuses en termes de prix et coût de maintenance et dont la durée de vie est très limitée. Les évaporateurs à plaques eutectiques à convections naturelles (7), (8) et (23) sont constitués d'un caisson en acier inoxydable alimentaire, plat, étanche, capsulé sur un serpentin dans lequel circule le fluide frigorigène (R404A). Le Caisson est rempli d’une eutectique (un mélange de deux ou plusieurs solutions dont les caractéristiques physico-chimiques sont très stables). Cette solution eutectique est non toxique ni nocive à l’environnement. Le point de congélation de la solution eutectique est de -40°C, ce qui permet de stocker et de restituer de l'énergie selon les conditions de fonctionnement de la chambre froide, le jour pour le stockage, la nuit pour la restitution. Une source électrique auxiliaire, intervient automatiquement pour alimenter le groupe frigorifique (17), en cas d’insuffisance de l’énergie restituée par les plaques eutectiques (7), (8) et (23). La chambre froide à inertie thermique est composée de deux compartiments positif (C1) et négatif (C2), séparé par un panneau sandwich (4) d’épaisseur 150mm garantissant une isolation thermique parfaite. Les panneaux photovoltaïques (2) sont placés sur le toit de la chambre. La chambre froide à inertie thermique fournit en temps réel des données (via une simple application sur un Smartphone) sur la chambre froide, ce qui va réduire le temps de panne et dépêcher toute intervention nécessaire. Il s’agit du système Link GSM surveille également la température dans les deux compartiments (C1) et (C2) à chaque minute pour analyser les performances de la chambre. Ces données de la température donnent l'alerte avant qu'une panne ne se produise où planifier des interventions de techniciens à l'avance . Les températures des compartiments sont comprises entre 0°C et 4°C pour le compartiment positif (C1) et (-20°C et -40°C) pour le compartiment négatif (C2) avec une humidité relative de 80 à 95 %. Le système fonctionne dans des températures ambiantes extérieures allant de -10°C à +50°C. Le système de gestion énergétique est doté d’un onduleur rackable (13) qui permet d’alimenter le circuit de commande (15) ainsi que les ventilateurs de transfert (21) de l'air froid du compartiment négatif (C2) vers le compartiment positif (C1) lors de la chute de température dans le compartiment positif (C1). Pour la sécurité de la chambre, cette dernière est dotée de deux soupapes de décompression (9) en cas de chute de pression dans les deux compartiments. La chambre s'adapte facilement à différents nœuds de la chaîne du froid, offrant une valeur lucrative, ses commandes simples, robustes et intelligentes permettent de maintenir la température, l'humidité, le flux d'air et la température en niveau ambiant à l'intérieur des deux compartiments (C1) (C2) de stockage. Les multiples expérimentations de la chambre ont donné d’excellents résultats. Le système de sauvegarde permet un refroidissement très stable pour les deux compartiments (C1) et (C2) pendant plusieurs heures(20 à 30 heures) sans soleil. La chambre froide est dotée d’un système de contrôle à distance basé sur la carte SIM (Bloc GSM) (15), il permet d'effectuer la maintenance préventive de la chambre froide. Les données sont transmises et analysées permettant ainsi le suivi de l’état de fonctionnement de la chambre froide et d’anticiper tout arrêt ou panne. L’onduleur hybride MPPT (14) reçoit une tension à l’entrée de 450V DC et donne une tension de sortie variable de 220V AC triphasée, il est équipé d’une entrée pour le groupe électrogène (16) ou le réseau électrique de 380V AC ,Pour la protection de la chambre, l’ensemble de l’installation électrique, y compris les panneaux photovoltaïques et le parafoudre photovoltaïque sont dotés d’une mise à la terre conformément à la norme NFC 15-100. Le branchement des modules solaires est réalisé selon un schéma série pour donner une tension d’entrée à l’onduleur hybride (14) de 450V DC avec une puissance de 4 Kwc, Mode de réalisation de l’invention 1)-Dans le but de protéger le consommateur et d’assurer une qualité accrue de notre invention, la conception de la chambre froide obéit aux normes de sécurité et d'hygiène, en vigueur pour l'installation frigorifique, en particulier l'ensemble: NF, NFE 35-400,NFC15-100. 2)-La chambre froide est construite sur une base en acier (1) avec un revêtement au sol isolé antidérapant avec bonne résistance aux agressions. Les parois extérieures sont en acier nervuré d’épaisseur 1.5mm, les poteaux et longerons sont en acier épaisseur 4mmenviron. Pour l’étanchéité des rives, les panneaux de bardages (externes) et les panneaux frigorifiques (internes) présentent une rive mâle et une rive femelle (Détail B)permettant un assemblage par emboîtement et l’étanchéité à l’air est assuré par des joints. 3)-La chambre froide est conçus de telle façon que les niveaux sonores ne dépassent pas les niveaux de pression acoustiques suivant: (Arrêté du 05/05/1988 et documents annexes relatifs aux bruits aériens). 4)-la chambre froide repose sur un support mécano-soudé (Détail I)(IPE100) pour préserver la chambre de toute inondation et remonté des eaux dans le lieu d’implantation. Elle est dotée d’oreillette de suspension (10) pour faciliter son transport. 5)-L'isolation de la chambre froide à inertie thermique est assurée par des panneaux sandwich (22) industriels en tôle prélaquée, âme en mousse polyuréthane (Masse volumique: 40 kg/m3) injectée entre les deux parements métalliques, épaisseur: 150mm, Conductivité thermique : 0,022 W/m.°C, réaction au feu équivalent M1. 6)-La chambre comporte un local technique (18/A3) pour abriter les équipements (le groupe électrogène (16), le groupe frigorifique (17) et l'armoire de commande (15)), ce local est doté de grillage d’aération (19) pour faciliter la circulation de l’air afin d’assurer une température ambiante supportable. Le locale est accessible par les portes (11)et(12) pour l’accès en cas de besoin de maintenance. 7)-Sur la partie supérieure du panneau de séparation (4) des deux compartiments (C1) et (C1) se trouve le kit de trois ventilateurs (21) qui permettent le transfert de l'air froid de compartiment négatif (C2) vers le compartiment positif (C1)afin de maintenir la température à 4°C dans le compartiment positif (C1) grâce au thermostat (24). 8)-La chambre froide est dotée, dans les deux compartiments, de rayonnages modulaires(20) selon les normes d’hygiène alimentaire reconnues. 9)-L’accès aux deux compartiments (C1) et (C2) est assuré par les deux portes (25) et (30) isothermes dotées d’un système de fermeture étanche à cames à serrage, joints d’étanchéité du cadre, balais racleurs en bas de porte et un système de déblocage de l’intérieur. La porte (30) de compartiment négatif (C2) est dotée d’une résistance chauffante alimentée par une tension 220 Volts pour éviter son blocage. 10)-La chambre froide est équipée de deux thermomètres analogiques (27) et (26) placés à l'extérieur de la chambre pour visualiser la température de deux compartiments et d’un thermostat (29) installé dans le compartiment (C2) faisant partie de la commande pour le basculement entre le réseau électrique et les panneaux solaires. 12)-Le plafond de la chambre froide est en panneaux sandwich (6) revêtu en tôle (5) pré laquée, Le toit est couvert d’une plaque en acier sur laquelle se trouve la structure porteuse (S4) et (3) modulaire des panneaux solaires (2), fixée par les boulons (28), L’orientation de cette structure est fixée en fonction du lieu d’implantation (inclinaison optimale du site d’implantation). 13)-La chambre froide est dotée d'éclairage par des réglettes LED 15W (31), étanche commandé par un interrupteur étanche. La chambre froide à inertie thermique est composée de deux compartiments positif (C1) et négatif (C2), qui ne nécessite pas des batteries électrochimiques. Le concept de cette chambre est basé sur l'utilisation de plaques eutectiques (l’évaporateur) à convection naturelle (7), (8) et (23) et de l’énergie solaire photovoltaïque. La chambre froide à inertie thermique offre une sauvegarde d’énergie frigorifique, et sans recourir à des batteries. La chambre froide à inertie thermique, conformément à la revendication précédente [1], est équipée d'un compresseur frigorifique (17) alimenté par un onduleur hybride (14) qui assure un fonctionnement continu, y compris en période de faible disponibilité de la lumière solaire. La chambre froide à inertie thermique bascule vers le réseau électrique ou un groupe électrogène de secours (16) en cas de chute exceptionnelle de température. La chambre froide solaire à inertie thermique selon les revendications précédentes [1], [2], dotée d’un système de communication fournit en temps réel les données (application Smartphone) de la chambre froide, ce qui va réduire le temps de panne par la précipitions de l’intervention, Il s’agit d’un système surveillance de la température des deux compartiments (C1) et (C2). La chambre froide à inertie thermique selon les revendications précédentes [1] à [3], est alimentée par l'énergie solaire et utilise une technologie de stockage thermique pour une sauvegarde de froid d'une durée de 20 à 30 heures sans soleil. La conception de l'évaporateur à plaques eutectiques à convection naturelle (8), (7) et (23) ce qui permet le maintien de la température interne de la chambre. La chambre froide à inertie thermique selon les revendications précédentes [1] à [4], est transportable et peut être déplacée d'un endroit à un autre. Il est à noter qu’avant sa mise en marche, la chambre froide doit être alimentée au préalable par réseau électrique ou groupe électrogène [2] pendant environ 20 heures permettant le refroidissement des plaques eutectiques, pour par la suite entrer en fonction. La chambre froide à inertie thermique comprend un système de contrôle détectera les conditions critiques de la chute de la température et passera au réseau électrique ou au groupe électrogène (16). La chambre froide à inertie thermique selon les revendications précédentes [1] à [5] est équipée d’un évaporateur à plaques eutectiques (8), (7) et (23) à convections naturelles est dotée d’un système de gestion d'énergie hybride qui permet d’optimiser les consommations de l'énergie électrique , du carburant en cas d’utilisation d’un groupe électrogène, avec un cout de maintenance réduit. La chambre froide à inertie thermique selon la revendication [2] est équipée d’un l’onduleur hybride (14) qui assure le basculement de l’alimentation entre le groupe électrogène de secours (16) et les panneaux photovoltaïques (2). La chambre froide à inertie thermique selon les revendications précédentes [1] à [7] se caractérise par une stabilité de la tension d'alimentation assurée par l'onduleur [2], assurant ainsi une durée de vie prolongée de l'équipement utilisé. La chambre froide à inertie thermique fonctionne en températures ambiantes extérieures allant de -10°C à +50°C par l’utilisation d’une isolation renforcée à base de panneaux sandwich 150 mm (22).