SYSTEME DE SECOURS DE REFROIDISSEMENT AU CO ₂ La présente invention est relative aux sites, et notamment aux commerces, restaurants etc .. nécessitant la présence d'une chambre froide pour préserver des denrées alimentaires ou autres produits périssables tels des produits pharmaceutiques ou biologiques.

Le besoin de froid est couramment assuré par des systèmes de froid mécanique qui sont susceptibles de pannes. Lorsque celles-ci se produisent, les biens stockés sont en périls si la réparation n'intervient pas rapidement.

Cette situation se retrouve par exemple dans le milieu de la restauration rapide avec pour conséquence des coûts associés à la perte des aliments eux- mêmes et à la perte liée au manque d'activité.

On sait que l'on entend couramment par la notion de « système de froid mécanique » un système permettant la compression, la détente, la condensation et l'évaporation d'un fluide réfrigérant. L'évaporation du réfrigérant se produit dans un évaporateur placé dans la chambre froide.

Pour limiter donc, dans de telles chambres froides refroidies par froid mécanique, les effets négatifs des pannes éventuelles, une maintenance efficace, rapide d'intervention, est nécessaire. Dans la pratique néanmoins, il est courant que le dépannage ne puisse pas intervenir aussi vite que souhaité et que donc les délais d'intervention ne permettent pas d'éviter des pertes.

Evidemment une des solutions serait de doubler l'installation de froid mécanique avec un groupe de secours. Cette solution, peu économique n'est en pratique pas mise en œuvre par ce secteur d'activité.

Par ailleurs, on sait que certains de ces commerces tels les restaurants, utilisent du CO ₂ par ailleurs sur le site, par exemple pour la carbonatation des boissons du restaurant, et disposent ainsi d'une réserve de CO ₂ , stocké sous pression sous forme liquide et qui possède un pouvoir frigorifique lorsqu'il est évaporé. Comme on le verra plus en détails ci-dessous, la présente invention propose d'utiliser ce stockage de CO ₂ pour palier aux pannes du système frigorifique qui maintient en froid la chambre froide. L'investissement d'un tel système est relativement faible du fait de la présence de CO ₂ pour une autre utilisation.

Parmi les technologies de refroidissement évoquées par la littérature (au sens où un fluide froid absorbe de la chaleur d'un produit), il se trouve des applications faisant appel à du CO2 stocké sous forme liquide et qui par évaporation produit un effet frigorifique. Certaines applications utilisent le CO2 pour refroidir ou maintenir en froid des chambres (ou caissons) contenant des denrées alimentaires.

On peut à titre illustratif citer les documents suivants : US-6 062 030 , US2002/0129613A, EP-0652409 A1. La particularité de ces systèmes antérieurs est donc l'utilisation d'un fluide cryogénique pour refroidir des produits et assister les systèmes primaires de froid mécanique. Les applications visées sont le plus souvent dans le transport de marchandises. En tout état de cause il faut signaler qu'aucun de ces documents ne décrit ni ne suggère l'intérêt de mettre en œuvre un stockage de CO2 liquide déjà présent sur l'installation pour une autre utilisation pour servir de secours à une installation principale de froid mécanique dans des conditions contrôlées et performantes, tant thermiquement qu'économiquement dans l'utilisation économique du CO ₂ .

On conçoit en effet qu'il est insuffisant d'utiliser simplement une mesure de température à l'intérieur de la chambre refroidie par le groupe frigorifique (froid mécanique) à titre d'alerte et de simplement déclencher la mise en œuvre du CO2 liquide de secours quand cette température est en deçà d'une température de consigne. En effet, à titre illustratif, à quoi servirait de déclencher le secours si tout simplement la porte de la chambre froide a été malencontreusement laissée ouverte, cette situation n'est visiblement pas le résultat d'un groupe frigo défectueux.

En revanche comme on le verra ci-dessous, le « système de secours » que propose la présente invention peut être également envisagé pour palier à des erreurs de gestion de la chambre froide (porte restée ouverte, produits introduits dans la chambre à une température trop élevée, etc.) qui conduirait à une charge thermique telle que le circuit de froid mécanique ne pourrait plus maintenir une température de conservation ad-hoc. Dans ce cas, le système de secours viendrait en complément du système de froid mécanique pour tenter de maintenir la température souhaitée. Ce deuxième cas de figure peut être

néanmoins considéré comme secondaire par rapport aux objectifs premiers de la présente invention.

Par ailleurs on conçoit également que le site utilisateur puisse être d'accord pour utiliser un tel secours mais dans des conditions non seulement efficaces thermiquement (pour que le CO2 liquide puisse effectivement permettre le maintien des produits dans des conditions de température hors dangerosité le temps que le problème à l'origine de la panne soit solutionné) mais aussi en tentant tout de même d'économiser le CO2 liquide qui est présent sur l'installation pour une autre utilisation qui doit être réalisée également sans souffrir de cette « déviation de CO2 » pour des motifs de secours.

L'invention propose donc un système de secours lors des pannes de l'installation frigorifique de la chambre froide, utilisant le stockage de CO2 déjà présent sur l'installation pour une autre utilisation, par exemple déjà présent pour la carbonatation des boissons.

Comme on le verra plus en détails ci-dessous, un système de commande permet le déclenchement (manuel ou automatique ) du système de secours et la régulation de la consommation du CO2. Le système peut fonctionner au besoin plusieurs heures pour maintenir la chambre froide à la température désirée.

Le système de secours met alors en œuvre une ligne qui part du réservoir de CO2 liquide pour alimenter un évaporateur placé dans la chambre froide et une évacuation du CO2 vaporisé (tel que schématisé dans la figure 1 annexée qui illustre le cas d'un restaurant).

La ligne comporte avantageusement un dispositif de régulation du débit de CO2 et de la pression d'évaporation ainsi que des éléments de sécurité pour prévenir une pression excessive.

Le système peut être régulé / commandé par un ou plus paramètres parmi notamment :

- des informations prises au niveau du système de froid mécanique pour déclencher l'envoi du CO2 liquide (par exemple température à l'intérieur de la chambre, température prise dans un produit factice présent dans la

chambre, témoin de non-fonctionnement du compresseur, témoin du niveau de la pression d'aspiration du compresseur, témoin du fait que le système n'est pas en mode dégivrage alors qu'il le devrait compte tenu par exemple de phases de dégivrages automatiques prévues dans le fonctionnement de la chambre, un témoin d'ouverture de la porte, etc..) ;

- des informations prises sur la ligne d'amenée du CO2 ainsi qu'au niveau de la chambre froide pour réguler le froid produit par le système de secours.

Le système de secours est alors avantageusement constitué par les éléments suivants : la chambre froide principale comprend une batterie froide (évaporateur/échangeur) munie de ventilateurs ; un circuit d'évaporation de CO2 liquide positionné dans la chambre froide et comprenant un évaporateur, qui est un second évaporateur indépendant de l'évaporateur du système de froid mécanique, un circuit d'alimentation en CO ₂ de l'évaporateur et un système d'évacuation du CO2 gazeux qui résultera du passage du CO2 liquide dans ce second évaporateur ; - un système de régulation du débit de CO2 alimentant ce second évaporateur ; un système de déclenchement du dispositif de secours i.e de l'alimentation en CO ₂ de ce second évaporateur en fonction d'une information prise au niveau de la chambre froide.

L'invention concerne alors un dispositif de secours de refroidissement d'un site utilisateur possédant au moins une chambre froide de préservation de denrées ou produits périssables, chambre froide refroidie par un système de froid mécanique, le site utilisateur étant muni d'un réservoir de CO2 liquide utilisé sur le site pour une utilisation primaire, le dispositif de secours comprenant les éléments suivants :

- un circuit d'évaporation de CO2 liquide positionné dans la chambre froide et comprenant un évaporateur, qui est un second évaporateur indépendant de l'évaporateur du système de froid mécanique;

- une ligne qui alimente, à partir dudit réservoir de CO2 liquide, ledit second évaporateur du circuit d'évaporation, afin d'y réaliser l'évaporation du CO2 et ainsi apporter des frigories audits produits, la ligne étant munie d'un dispositif de contrôle de la quantité de CO2 alimentant ledit second évaporateur ;

- une évacuation vers l'extérieur de la chambre du CO2 vaporisé dans ledit second évaporateur;

- un moyen d'acquisition d'au moins une information représentative du fonctionnement ou disfonctionnement du système de froid mécanique ; - un système d'acquisition et de traitement de données apte à récupérer ladite au moins une information représentative et à déclencher l'alimentation en CO ₂ dudit second évaporateur à partir dudit réservoir quand l'information récupérée est représentative d'un disfonctionnement du système de froid mécanique.

II est à noter que de préférence ce second évaporateur dispose d'un moyen de ventilation propre permettant à l'air de la chambre froide d'échanger avec le circuit d'évaporation du CO2 .

Mais selon un autre mode de réalisation de l'invention, ledit second évaporateur ne dispose pas d'un moyen de ventilation propre, l'installation utilise le moyen de ventilation propre au système de froid mécanique (ceci pour des raisons avantageuses de gain de place).

On conçoit que si le déclenchement du système de secours peut être manuel, par exemple suite à l'observation par une personne du site d'un disfonctionnement (par exemple une température contrôlée visuellement, par exemple encore suite à l'audition d'une alarme de température...), on préférera selon l'invention un déclenchement automatique selon l'un ou plusieurs de facteurs évoqués ci-dessus. On peut donner à titre d'exemple illustratif l'exemple suivant de mise en œuvre du système de secours dans les conditions suivantes :

- la pression d'alimentation est fixée à l'aide d'un détendeur, le débit est limité à un débit donné et maximum ;

- quand la température produit est bonne ou le groupe frigorifique n'est plus en alarme, on arrête l'alimentation de l'échangeur à l'aide du secours CO2.

A titre illustratif également, on donne ci-dessous des exemples typiques de consommation en CO2 en liaison avec le tableau de valeurs ci-dessous.

Pour une puissance frigorifique de 1 kW la consommation de CO2 est d'environ 12,5 kg/h sous 13 bars.

A cette puissance on compense seulement les entrées de chaleurs de la chambre froide sans tenir compte des ouvertures ou d'une remontée importante de la chambre froide en température. Avec un réservoir de 180 kg si celui-ci est au tiers plein l'autonomie sera inférieure à 5 heures pour un maintien de la chambre froide à -20 ⁰ C. Avec un réservoir de 275kg l'autonomie sera inférieure à 7 heures.

Tableau 1 : Autonomies du CO? en fonction de la puissance frigorifique de 1 ou 2 kW en fonction de la capacité restante dans le réservoir

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, d'exemples de modes de mise en œuvre de l'invention, faite notamment en référence aux figures annexées.

Pour des raisons de lisibilité, on n'a pas détaillé sur ces figures le système de froid mécanique.

Une première méthode met en œuvre selon la figure 2 annexée un détendeur électronique qui alimente l'évaporateur pour assurer un minimum de surchauffe en sortie. Lorsque le système de refroidissement de la chambre froide est en défaut, le système de secours est mis en route par l'ouverture de l'électrovanne V1 qui relie le stockage de CO2 à la ligne de distribution de CO2 qui alimente l'évaporateur.

Une vanne électronique V2 est commandée par un régulateur (R1 ) pour régler le débit de CO2 dans l'évaporateur. Le régulateur opère l'ouverture de V2 suivant les informations de pression P (du circuit de CO2 à l'entrée de l'évaporateur) et de température T (du circuit de CO2 à la sortie de l'évaporateur) de manière à ce que la température T soit supérieure à la température de saturation du CO2, qui est fonction de la pression, d'une valeur comprise entre OK et 2OK. Le régulateur assure ainsi que le CO2 en sortie est sous forme gazeuse avec une surchauffe fixée.

La vanne V3 permet de conserver une pression minimale dans le circuit de CO2 au dessus de 5.2bar (absolu), évitant la formation de neige carbonique, pression comprise de préférence entre 5.5 bar et 10 bar (absolu). Les soupapes S de sécurité que l'on distingue bien sur la figure sont disposées le long du circuit de CO2 pour prévenir d'une surpression.

Ainsi en mode de secours, lorsque la température de la chambre froide est supérieure à la température du CO2 dans le circuit d'évaporation, la chaleur échangée à l'évaporateur vaporise le CO2, ce qui tend à augmenter sa pression dans l'évaporateur jusqu'à la pression limite fixée par le déclenchement de l'ouverture de la vanne V3. Le régulateur de la vanne électronique compare la température du CO2 à la sortie de l'évaporateur avec sa température de consigne (fixée pour maintenir une surchauffe) et la température de saturation à la pression P de fonctionnement mesurée. Si la température du CO2 est supérieure à la consigne, la vanne V2 s'ouvre un peu plus pour augmenter le débit de CO2. En conséquence, la puissance frigorifique de l'évaporateur augmente et la température de sortie du CO2 diminue. Si la température du CO2 est inférieure à la consigne, les actions inverses sont engagées.

De cette façon la puissance frigorifique est régulée indirectement par l'état de surchauffe du CO2 à la sortie de l'évaporateur garantissant une bonne utilisation de ce dernier.

Cette première méthode bien que techniquement possible ne sera pas préférée selon la présente invention vu le coût en matériel qu'elle implique.

Une seconde méthode (qui va maintenant être décrite en liaison avec la figure 3), met en œuvre une électrovanne qui ouvre et ferme l'alimentation en CO2 de l'évaporateur en fonction de la température de sortie du CO2. Un thermostat vient couper l'alimentation de l'évaporateur lorsque la température seuil est atteinte.

En d'autres termes, cette solution met en œuvre deux boucles imbriquées. Tant que le défaut sur la chambre froide persiste, l'électrovanne V1 alimente le circuit d'évaporation du CO2 placé dans la chambre froide. Le CO2 s'y évapore en absorbant la chaleur venant de l'air de la chambre froide à une pression supérieure à la pression minimale fixée par la vanne V3. Cette vanne à pour but d'éviter que le CO2 soit sous forme solide dans le circuit d'évaporation en maintenant une pression supérieure à une pression minimale, par exemple 5.2 bar (absolu), de préférence entre 5.5 bar et 10 bar (absolu). Une sonde de température T placée sur le circuit de CO2 à la sortie de l'évaporateur permet grâce un thermostat d'agir sur l'ouverture de la vanne V2 placée à l'entrée de l'évaporateur. L'ouverture et la fermeture de V2 ajuste le débit de CO2 dans l'évaporateur pour que la température en sortie de ce dernier soit maintenue proche d'une valeur de consigne fixée, de préférence entre - 30 ⁰ C et -40 ⁰ C. La température de consigne est fixée de sorte que le CO2 à la sortie de l'évaporateur soit complètement vaporisé. Si la température mesurée est supérieure à celle de la consigne, l'électrovanne s'ouvre laissant le CO2 liquide alimenter l'évaporateur. La puissance frigorifique disponible augmente conduisant à diminuer la température du CO2 en sortie. Si la température mesurée est inférieure à celle de la consigne, les actions inverses sont engagées.

Ainsi la puissance frigorifique délivrée à la chambre froide est régulée indirectement par la température de sortie du CO2 de l'évaporateur.

Une variante à la vanne V2 est d'utiliser un détendeur thermostatique qui régule le débit de CO2 à l'entrée de l'évaporateur en fonction d'une pression fixée et d'une surchauffe fixée. Ainsi, le CO2 à la sortie de l'évaporateur est complètement vaporisée garantissant une bonne utilisation de ce dernier.

Une troisième méthode (qui va être décrite en liaison avec la figure 4), met en œuvre une puissance frigorifique constante. L'injection de CO2 se fait par l'intermédiaire d'une électrovanne (2). Le thermostat d'ambiance (3) situé dans la chambre commande l'électrovanne (2) et le ventilateur de l'évaporateur (celui-ci est temporisé à l'arrêt).

Un orifice calibré (4) situé en sortie d'évaporateur permet d'obtenir un débit contrôlé de CO2 en fonction de la pression dans le réservoir. Le fait de le positionner en sortie d'échangeur permet de limiter le débit sur une phase gazeuse et de s'affranchir des conditions d'entrées du fluide dans l'évaporateur (problème de limitation de débit sur un fluide en diphasique à un faible débit). Le débit est directement lié à la pression du réservoir.

Un déverseur (5) permet de maintenir la pression dans l'évaporateur ainsi que dans le circuit à une pression supérieure à celui du pont triple du CO2. Quand l'électrovanne (2) se ferme, la pression chute dans l'évaporateur (ainsi que la température) jusqu'à la pression de réglage du déverseur.

La pression d'évaporation dans l'évaporateur correspond à la pression du stockage dont les soupapes sont traditionnellement réglées au voisinage de 13,6 bars (température de -30 ⁰ C environ).

On peut dire que cette solution est techniquement simple, utilise du matériel classique, elle permet de limiter le débit de CO2 qui circule dans l'évaporateur et donc de connaître l'autonomie. Cette méthode ne contrôle pas l'échange thermique dans l'évaporateur. Au cas où celui-ci (givrage, ventilation impossible à cause d'obstacles laissés de façon malencontreuse..., etc.) ne permet pas la vaporisation du CO2 on peut obtenir un mélange diphasique à l'orifice calibré.

On visualise sur la figure également une électrovanne de sécurité (1 ) et des soupapes de sécurité (6) pour protéger le circuit CO2 , ainsi qu'un coffret de commande pour la partie électrique.

A titre illustratif, quand la chambre est perçue en défaut (par exemple en utilisant deux informations d'alarmes : par exemple une information de température d'un produit factice (7) constitué par une sonde de température dans un bloc de polyéthylène, par exemple en combinaison avec une autre information d'alarme liée au fonctionnement du l'installation frigorifique (8), on déclenche alors l'envoi du CO2 à partir du stockage de secours par l'intermédiaire de l'électrovanne (2), qui grâce à un débit fixe garantit un minimum d'autonomie. Si la température de la chambre froide se rétabli ou si une des deux alarmes précitées disparaît, on commande l'arrêt de l'injection de CO ₂ .

Une quatrième méthode (décrite ci-dessous en liaison avec la figure 5), met en œuvre une puissance frigorifique variable.

L'injection de CO ₂ se fait par l'intermédiaire d'une électrovanne (2). Le thermostat d'ambiance (3) présent dans la chambre commande l'électrovanne et le ventilateur de l'évaporateur (celui-ci est temporisé à l'arrêt). Un régulateur de pression (6) maintient une pression d'évaporation donnée dans l'évaporateur par exemple 8 bars. Au cas où la pression dans le réservoir est inférieure à la pression de réglage du régulateur celui-ci reste ouvert. Une sonde de température (5) située en sortie d'évaporateur permet de réguler le CO2 à une température constante. On souhaite garantir le fait que le CO2 envoyé dans celui-ci soit totalement évaporé (éviter en cas de mauvaise ventilation de l'évaporateur, que l'on puisse être amené à évacuer vers l'extérieur en sortie de gaz un mélange diphasique). Un déverseur (7) permet de maintenir la pression dans l'échangeur ainsi que dans le circuit à une pression supérieure à celui du pont triple du CO2. Au cas où le réservoir atteint la pression réglée au déverseur celui-ci empêche l'injection de CO ₂ .

En d'autres termes, on présente ici l'utilisation d'une boucle de régulation sur l'échangeur, avec un relais à seuil (4) et une sonde de température (5) en sortie d'échangeur, ce qui à l'avantage d'utiliser du matériel utilisé couramment dans l'industrie, quelque soit la puissance frigorifique désirée.

La puissance frigorifique dans l'échangeur est directement liée au besoin de la chambre froide et à la capacité d'échange thermique instantané de l'échangeur.

Mais on ne maîtrise pas ici un débit limité de CO2 et donc on ne contrôle plus l'autonomie du CO2 contenu dans le réservoir (par exemple en cas de porte de chambre froide restée ouverte, de panne de dégivrage, etc.).

Ce mode de réalisation utilise une électrovanne de sécurité (1 ) et des soupapes de sécurité (8) pour protéger le circuit CO2 un coffret de commande pour la partie électrique. A titre illustratif, si la chambre est perçue en défaut (par exemple par la température d'un produit factice (9) -sonde positionnée dans un bloc de polyéthylène- par exemple en combinaison avec une autre information d'alarme liée au fonctionnement du l'installation frigorifique(10)), on déclenche alors l'envoi du CO2 à partir du stockage de secours, dans des conditions contrôlées pour ne pas gaspiller inutilement du CO2. Si la température de la chambre froide repasse en dessous d'un seuil ou si une des deux alarmes précitées disparaît, on commande l'arrêt de l'injection de CO2.

Une cinquième méthode (décrite ci-dessous en liaison avec la figure 6), est en quelque sorte la combinaison des deux précédentes solutions. C'est-à- dire mettre en œuvre une puissance frigorifique variable pour optimiser l'échange thermique dans l'évaporateur et avoir un débit constant.

L'injection de CO2 se fait par l'intermédiaire d'une électrovanne (2). Le thermostat d'ambiance (3) interne à la chambre froide commande l'électrovanne (2) et le ventilateur de l'évaporateur (celui-ci est temporisé à l'arrêt).

Un régulateur de pression (6) maintient une pression d'évaporation donnée dans l'évaporateur par exemple 8 bars.

Une sonde de température (5) située en sortie d'évaporateur permet de maintenir la température du CO2 en sortie d'évaporateur et de s'affranchir de tout problème d'échange thermique lié aux conditions dans lesquels se trouvent l'évaporateur (obstacles dans la chambre empêchant une bonne ventilation, givrage de l'échangeur etc.). La température choisie en sortie d'échangeur permet d'être toujours en phase gaz.

L'orifice calibré (8) permet d'avoir un débit régulé et limité de CO2.

Un déverseur (7) permet de maintenir la pression dans l'échangeur ainsi que dans le circuit à une pression supérieure à celui du pont triple du CO2. Au cas où le réservoir atteindrait la pression réglée au déverseur celui-ci empêcherait l'injection de CO2.

En d'autres termes, on présente ici l'utilisation d'une boucle de régulation sur l'échangeur, un relais à seuil (4) avec sonde de température (5) en sortie d'évaporateur, ce qui à l'avantage d'utiliser du matériel courant, quelque soit la puissance frigorifique désirée et d'avoir un débit contrôlé de CO2 grâce à l'orifice calibré ou une vanne de réglage. En fonction des conditions d'échanges thermiques le débit de CO2 sera inférieur ou égal à celui défini avec l'orifice calibré.

On met en œuvre également ici une électrovanne de sécurité (1 ) et des soupapes de sécurité (9) pour protéger le circuit CO2 ainsi qu'un coffret de commande pour la partie électrique.

A titre illustratif, si la chambre est perçue en défaut (par exemple par la température d'un produit factice (10), par exemple en combinaison avec une autre information d'alarme liée au fonctionnement du l'installation frigorifique (11 )), on déclenche alors l'envoi du CO2 à partir du stockage de secours, dans des conditions contrôlées pour ne pas gaspiller inutilement du CO2 et obtenir un débit fixe, conditions qui garantissent un minimum d'autonomie.