CA2184073A1 - Element a double fonction de transfert thermique pour enceintes isothermes; enceinte isothermique equipee d'un tel element - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un élément de cloison (10) à double face, amovible notamment pour enceinte isotherme, caractérisé en ce qu'il comporte dans son épaisseur deux compartiments contigus l'un à l'autre, le premier compartiment non étanche étant susceptible d'être rempli par un élément frigorigène (15) solide et sublimable, notamment du gaz carbonique ou carboglace, le deuxième compartiment étanche ou boîtier (11) étant rempli par un eutectique ou de l'air, le premier compartiment étant pourvu sur sa face externe (14) d'une ou plusieurs ouvertures autorisant la diffusion vers l'extérieur du compartiment de l'élément frigorigène sublimé, lesquelles ouvertures sont réparties de façon sensiblement homogène sur cette face externe, ledit élément de cloison à double compartiment ayant pour fonction de diriger des températures notablement différentes de part et d'autres dudit élément.

Description

~l~;gq73 Woss/2s2s3 ' PCT~R95/00315 ~r~M~T A DOUBLE FONCTION DE TRAN~ h~ T~ERMIQUE POUR
ENCEINTES IsoTu~pM~s ; ~:N~ : IsoT-uER-M-IQuE EQ~IPEE
D'UN TEL ~M~NT

La présente invention concerne la conservation, dans des conditions isothermes indépendantes de toute source d'énergie extérieure, de tous produits tels que par exemples les aliments ou les produits pharmaceutiques pour lesquels une température homogène doit être obligatoirement préservée entre le moment de leur préparation et leur utilisation par un utilisateur final.
Ceci implique que, notamment pendant le transport de ces produits, transport qui peut durer un laps de temps relativement long et, dans certains cas, atteindre plusieurs heures, cette chaîne isothermique ne soit pas rompue.
Se pose également le problème d'un transport simultané de produits devant imperativement être conservés a des températures différentes, sans rupture de leur chaîne de froid, tels les produits frais et les produits surgelés.
Il est en effet bien connu de l'homme du métier qu'une bonne conservation de produits alimentaires ou pharmaceutiques est dépendante non seulement du maintien de la température de conservation desdits produits, mais également d'une variation minimale autour de cette température et, en tout état de cause, exempte de changements de phases : un produit surgelé
notamment se conservera moins bien lorsqu'il aura subi des écarts de température importants même vers des valeurs négatives élevées que des produits surgelés qui sont maintenus sensiblement à la même température, celle-ci ne devant naturellement pas être supérieure à
-18~C. De même, un produit frais devant être maintenu à

Woss/25253 21~ lO73 PCT~R95/00315 -une température de 2-4C peut subir des dommages importants à des températures négatives.
Le problème posé, non encore résolu par la technologie existante, était donc la mise en oeuvre d'une enceinte isotherme autonome de toute source d'énergie extérieure, susceptible de contenir simultanément un ou plusieurs compartiments de taille modulable en fonction des besoins, des compartiments contigus présentant des températures d'ambiance suffisamment differentes pour assurer le maintien de la chaîne de froid tant pour des produits surgelés que pour des produits frais, notamment des salades, fruits ou autres.
Chaque compartiment devra assurer une température d'ambiance constante à la fois dans le volume dudit compartiment et dans le temps d'autonomie nécessaire au maintient de ces enceintes hors de toute source énergétique frigorigène extérieure, et en tout état de cause au moins pendant une durée comprise entre O et 4 heures.
Dans tout ce qui suit, on appellera "température constante" ou "température contrôlée" une température d'ambiance pour laquelle les variations se situent dans un intervalle de plus ou moins 4C autour de la température choisie dans le compartiment de produits frais et la variation de température se situe entre -18C et -26C dans le compartiment de produits congelés ; la signification du maintien d'une temperature constante ou pratiquement constante nonobstant les variations de la température extérieure s'applique également aux variations dans le temps dans un intervalle de O à 4 h pendant lequel l'enceinte est dissociée de toute source de froid extérieure.
Le but encore de la présente invention est de réaliser une telle enceinte isotherme comportant un nombre quelconque de compartiments pouvant être - W095/25253 2 1 8 1 0-7~ PCT~R95/00315 maintenus individuellement à différentes températures, ne nécessitant pas la mise en oeuvre, dans cette enceinte, de cloisons séparatrices en matière isolante inerte, qui créeraient un volume mort important a l'intérieur de l'enceinte.
Les problèmes posés ci-dessus ont été résolus par l'invention qui consiste en la mise au point d'un élément de cloison à double face, amovible utilisable notamment dans une enceinte isotherme, caractérisé en ce qu'il comporte dans son épaisseur deux compartiments contigus l'un à l'autre, le premier compartiment non étanche est susceptible d'être rempli d'un element frigorigène solide et sublimable, par exemple de la carboglace, l'autre compartiment étanche, pouvant être assimilé à un boîtier, a été rempli par un eutectique sous forme de gel ou de mélange ou d'air ; le compartiment contigu au boîtier étanche est pourvu d'ouvertures réparties de fa,con sensiblement homogene sur sa face externe de fa,con à établir des températures dirigées différentes de part et d'autre de cet élément de cloison, ces températures dirigés étant suffisamment différentes pour pouvoir assurer des compartiments aptes à contenir simultanément des produits surgelés dans l'un et des produits frais dans l'autre, sans rupture de la chaîne du froid pour l'ensemble des produits considéres.
Par "eutectique", on entend dans la présente demande tout mélange de deux corps ou plus dont la fusion se fait à température constante. Dans ces conditions, tant que les frigories sont apportés par la carboglace, l'eutectique reste à une température constante qui est sa température de fusion, qui peut donc être déterminée par le choix du mélange eutectique considéré, en fonction de la température d'ambiance choisie dans le compartiment.

W095125253 i PCT~R95/00315 La seule condition est que la température de solidification de l'agent frigorigène (carboglace) soit très notablement inférieure à la température de fusion du gel ou du mélange eutectique.
Dans le cadre de la description de la présente invention, nous utilisons de façon indifférente les termes "eutectique", "mélange eutectique", "gel eutectique" ou "tampon" pour caractériser la substance (y compris l'air) qui est mise dans le boîtier étanche et permet d'assurer et de maintenir une température dirigee dans le compartiment contigu audit boitier etanche sensiblement identique à la température de fusion de ladite substance tampon ou gel.
Dans les applications les plus courantes telles que celles qui ont été évoquées plus haut, cet agent frigorigène sera constitué de gaz carbonique solide sous toutes ses formes (plaquettes, sticks, pellets, neige) dont la température de sublimation est de -78C
à la pression atmosphérique, mais on peut envisager d'autres agents frigorigènes, dans d'autres applications. En tout cas, cet agent frigorigene pourra avoir pour fonctions de diriger une température, même très basse, dans l'un des volumes de l'enceinte isotherme et de transférer les frigories nécessaires à
travers le boîtier-tampon décrit précédemment en vue de maintenir une autre température dirigée différente dans un autre volume de l'enceinte isotherme, température déterminée en fonction de l'application envisagée, cette température etant par exemple voisine de 0C pour le maintien d'aliments au frais.
On conçoit qu'un élément de cloison conforme à
l'invention pourra ainsi constituer dans une enceinte isotherme au moins deux compartiments à températures différentes: du côté de l'espace à agent frigorigene, un compartiment de congélation à température en principe notablement inférieure à 0C (jusqu'à -18 ou Z18`40~3 ~ W095/25253 ~;- PCT~R95/00315 -25C le cas échéant) pour les produits à maintenir à
des températures négatives et du côté du boîtier-tampon contenant par exemple le gel eutectique, un compartiment de réfrigération à température voisine de 0C pour les produits à maintenir frais. Le "boîtier-tampon" représente de la sorte entre ces deux compartiments réfrigérateur et congélateur, un mécanisme "d'équilibre d'impédance" évitant le recours à toute cloison isolante inerte.
L'avantage de ce système pour moduler le volume utile de chacun des compartiments apparaît clairement.
Bien entendu, les températures dans les differents compartiments peuvent être réglées et maintenus dans le temps aux valeurs voulues en fonction de l'impédance du tampon et de celle de l'agent frigorigène, ainsi que des pertes thermiques vers l'extérieur (fonction de la température extérieure), de l'état initial du tampon (eutectique) et de la durée prévue pour le transport.
Un élément de cloison conforme à l'invention est aussi caractérisé en ce que le compartiment contigu au boitier étanche est délimité d'un côté par ce dernier et du côté opposé par une paroi munie d'une ou plusieurs ouvertures, ou une grille, laissant passage au gaz réfrigérant provenant de la sublimation dudit agent frigorigène (face perforée).
Avantageusement, un interstice est ménage entre ledit boîtier et la partie inférieure de ladite paroi non étanche ou grille pour permettre l'écoulement dudit gaz réfrigérant vers le bas, celui-ci étant plus lourd que l'air dans le cas où il provient de la sublimation du gaz carbonique solide (C02).
L'élément peut aussi se caractériser en ce que la partie inférieure dudit boltier est élargie à sa base pour offrir audit tampon un volume de contenance suffisante, ce boîtier étant avantageusement réalisé en W095/25253 2 18 ~ 7~ CT~R9S/00315 un matériau à conductibilité thermique élevee, par exemple en acier inoxydable ou en aluminium.
L'agent frigorigène pourra se présenter sous toute forme appropriée rappelée précédemment et les utilisateurs pourront ainsi se procurer facilement et à
bas prix l'agent frigorigène, et l'introduire dans ledit espace des éléments juste avant mise en place de ceux-ci dans l'enceinte isotherme.
L'invention concerne par ailleurs une enceinte isotherme équipée d'un ou plusieurs éléments de cloison tels qu'ils viennent d'être définis. Une telle enceinte aura préférentiellement la forme d'un caisson ou d'une boîte parallélépipédique classique à parois isolantes, pouvant être fermée de façon hermétique à l'aide d'un couvercle également isolant, les éléments de cloison étant alors établis, dans cette enceinte, en tant que parois verticales avantageusement amovibles, permettant de constituer dans cette enceinte des compartiments modulables susceptibles d'être maintenus à différentes températures.
La hauteur du caisson ou de la boîte représentant l'enceinte isotherme est sensiblement égale à la hauteur de l'élément de cloison à double face de l'invention.
Une telle enceinte pourra ainsi se caractériser, en général, en ce qu'elle contient au moins un élément de cloison à double face amovible, comportant dans son épaisseur deux compartiments contigus l'un à l'autre, le premier compartiment non étanche étant susceptible d'être rempli par un élement frigorigene solide et sublimable, notamment du gaz carbonique ou carboglace, le deuxième compartiment étanche ou boîtier, étant rempli par une substance tampon de type eutectique ; un tel élément de cloison à double face délimite deux compartiments dans l'enceinte ; il va de soi que deux éléments de cloison déterminent trois enceintes, etc...

- W095/25253 218 4 ~3~ : PCT~R9S/00315 ; le compartiment de l'enceinte isotherme jouxtant la partie boîtier étanche de l'élément de cloison à double face, maintient la température d'ambiance dudit compartiment à une température voisine de la température de fusion de l'eutectique, alors que le compartiment jouxtant la partie non étanche de l'élément de cloison à double face contenant un élément frigorigène est maintenu à une température d'ambiance inférieure ou égale à -18~C, donc très inferieure à la précédente.
Il va de soi que, pour que la température à coeur des produits conservés dans l'un ou l'autre des compartiments reste constante et ne su~isse pas de rupture dans la chaîne du froid, il est nécessaire que l'enceinte isotherme munie des eléments de cloison à
double face amovible de l'invention soient chargés soit avec des produits surgelés ayant déjà une température inférieure ou egale à -18 D C pour le compartiment congélateur jouxtant le compartiment contenant le frigorigene, et des produits préalablement amenés à la température désirée pour le compartiment produits frais.
Avec deux éléments conformes a l'invention accolés à deux parois opposées d'une telle enceinte, on peut aussi obtenir, selon l'orientation de ces éléments, soit une enceinte entière de réfrigération (température positive en général), soit une enceinte entière de congélation (température négative), selon que les faces du boîtier étanche contenant le tampon seront disposées vis-à-vis 1'une de 1'autre ou qu'elles seront disposées chacune contre la paroi correspondante (en principe la paroi d'extrémité la plus étroite de l'enceinte).
Avantageusement encore, une telle enceinte comporte dans son fond des rainures s'étendant perpendiculairement au plan des éléments réfrigérants, ces rainures permettant la circulation du gaz de W095/25253 . 2~ ~ 4 0 7 3 PCT~R95/00315 -sublimation de l'agent frigorigène, ce gaz, en principe du C02 réfrigéré provenant de la sublimation du gaz carbonique solide constituant l'agent frigorigène, étant plus lourd que l'air.
L'ensemble du dispositif comportant une enceinte isotherme munie d'un ou plusieurs éléments de cloison amovibles à double face tel que décrit précédemment autorise donc un double transfert de température dirigee avec maintien d'une température qui est :
a) dans le compartiment produits frais le maintien d'une température d'ambiance de 4C + 4C, ledit produit frais contenu dans un tel compartiment gardant une température à coeur de 2C + 2C pendant une durée comprise entre 0 et 4 heures, étant entendu que l'enceinte munie de la cloison à double face de l'invention étant chargée par un produit frais préalablement amené à une température homogène de 2C ;
b) pour ce qui concerne le compartiment de surgeles, la température d'ambiance est maintenue a une température inférieure ou égale à -18C, sachant que le systeme de l'invention autorise une convection naturelle permettant le maintien d'une température ne présentant pas d'écart supérieur à 6C entre le haut et le bas de l'enceinte; la température à coeur des produits préalablement surgelés et disposes dans un tel compartiment varie dans un intervalle maximum de -26C
à -18C.
Enfin, la présence de rainures s'étendant perpendiculairement au plan des éléments de cloison décrits ci-dessus permet la circulation du gaz de sublimation de l'agent frigorigène en assurant la convection naturelle de la température et permettant le maintien d'une homogénéité de la température ambiante dans l'ensemble du compartiment dans les limites décrits ci-dessus.

-- WO 95/25253 PCT/FRg5/00315 Des modes d'exécution de l'invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs avec référence aux figures des dessins ci-annexés dans lesquels :
- la figure 1 montre en perspective un élément réfrigérant et congélateur conforme à l'invention, disposé en tant que cloison intermédiaire dans une enceinte isotherme, laquelle est représentée en perspective avec arrachements;
- la figure 2 est une vue en plan de l'élément réfrigérant;
- la figure 3 montre schématiquement en coupe une enceinte isotherme conforme à l'invention et divisée par un élément en un compartiment congélateur et un compartiment réfrigérant;
- la figure 4 montre schématiquement en coupe une enceinte de réfrigération isotherme conforme a l'invention, dans laquelle le froid est maintenu par deux éléments disposés de telle sorte que leurs boîtiers-tampons se fassent vis-à-vis;
- la figure 5 montre schématiquement en coupe une enceinte de congélation isotherme conforme à
l'invention, dans laquelle le froid est maintenu par deux éléments disposés de telle sorte que leurs boîtiers-tampons soient tournés vers les parois d'extrémite de l'enceinte;
- la figure 6 montre une application de l'invention à une enceinte isotherme en forme d'armoire frigorifique comportant deux compartiments modulables à
températures différentes.
Sur la figure 1, l'enceinte isotherme partiellement représentée en perspective a été
référencée en 1 et se présente sous la forme d'un caisson à parois isolantes latérales 2 et extrêmes 3, élaboré par exemple par moulage de matière synthétique, et comportant une mousse de matériau isolant 4 entre

2.11,8~073 Wo95/252s3 ;~r!~ pcT~Rssloo3l5 deux coquilles, extérieure 5 et intérieure 6 ; elle peut être fermée par un couvercle etanche la (fig. 3).
Sur ses faces latérales, la coquille 6 présente des paires de gorges opposees 7 verticales, espacées selon un module déterminé. Quant au fond 8 du caisson et aux parois extrêmes 3, ils présentent des nervures longitudinales 9.
L'élément de cloison à double face, présentant une double fonction de transfert thermique, réalisé par exemple en acier inoxydable, est référencé globalement en 10. Il comporte un boîtier-tampon constitué d'une partie plate (ou nervurée) 11 élargie à sa base en 12 et constituant un reservoir pour un gel eutectique, de l'eau, de l'air, une matière isolante expansée, etc...
L'élement 10 présente un profil 13 permettant à
l'élément 10 d'être guidé verticalement par les gorges latérales 7 de l'enceinte 1 lors de sa mise en place dans cette dernière. L'élément 10 comporte en outre un espace libre contigu à la face 11, s'étendant au-dessus de la partie élargie 12 et délimité par une tôle perforée, grille ou analogue, réferencée 14 en parallèle à la partie plate 11. La fixation de la grille 14 sur le réservoir-tampon est assurée par tout moyen approprié, par exemple des points de soudure 17 entre la grille et la partie correspondante du réservoir-tampon. De la sorte, cet espace libre peut être rempli par un agent frigorigène 15 par exemple du gaz carbonique solide, sous toutes ses formes. Le gaz carbonique de sublimation peut ainsi s'échapper dans l'enceinte isotherme 1, du côté opposé à la partie plate 11, en traversant la grille 14. Dans le compartiment de l'enceinte 1 situé à gauche de l'élément 10, on pourra ainsi maintenir une température de congélation, par exemple de l'ordre de -25C
(température négative), pendant un temps appréciable, suffisant pour assurer un transport normal de produits - W095t25253 2 i 8 4 0 7 3 PCT~5/00315 congelés, tandis que dans le compartiment de l'enceinte situé à droite de cet élément, on pourra maintenir une température de réfrigération en général supérieure à
0C (figure 3)(température positive).
Pour assurer une bonne circulation du gaz carhonique de sublimation dans l'enceinte de congélation, on prévoit un léger espace 16 (figure 2) entre la partie inférieure de la grille 14 et la partie élargie 12 du réservoir-tampon. Les nervures 9 du fond 8 et des parois extrêmes de l'enceinte contribuent à
assurer cette bonne circulation.
A la figure 4 on a représenté une disposition permettant d'obtenir une température de réfrigération, par exemple de l'ordre de +3C, dans l'ensemble de l'enceinte isotherme l. Il suffit pour cela de disposer les éléments lO, avec la charge voulue d'agent frigorigène lS de telle sorte que leurs faces lisses lO
soient disposées vis-a-vis l'une de l'autre, les grilles 14 de ces éléments étant alors appliquées contre les parois extrêmes 3 de l'enceinte.
Comme représenté sur la figure 5, la disposition inverse des éléments lO permettra d'obtenir dans toute l'enceinte une température de congélation, par exemple de l'ordre de -25C.
Un autre mode de mise en oeuvre est représenté
dans la figure 6 et est relatif à une armoire isotherme en forme d'armoire frigorifique. Deux éléments de cloison conformes à l'invention lO' disposés en tant que cloisons horizontales dans une armoire isotherme l', par exemple montée sur des roues l9. L'un des éléments lO' sera toujours disposé à la partie supérieure, l'autre élément lO' peut être disposé à
différentes hauteurs, en reposant sur des taquets en saillie 20 ou de configuration analogue à l'exemple précedent (gorge 7 et profil conjugué 13), prévus sur les parois latérales 2l de l'armoire, soit être de , 21,8~0,73-, W O 9S/2S253 PC~r~R95/00315 conception analogue à l'elément réfrigerant et congélateur décrit précédemment. L'élément réfrigérant et congélateur 10' peut être constitué d'un reservoir 22 pour le gel eutectique ou le réservoir-tampon, et d'un bac 23 en contact thermique avec ce réservoir et destiné à contenir l'agent frigorigène 24, là encore constitué, par exemple par du gaz carbonique solide. Le bac 23 étant fermé par une grille 14', on pourra y disposer des aliments ou autres produits à maintenir congelés, par exemple à une température de l'ordre de -25C comme dans le cas d'application précédent, tandis que la partie inférieure de l'enceinte pourra être maintenue à une température de réfrigération de l'ordre, par exemple, de 3C pour les produits à
maintenir au frais, et ceci pendant toute la durée du transport de l'armoire 1'.
Bien entendu, l'armoire 1' est pourvue de parois isolantes 25 à 27 comportant des rainures 9' (ou des gorges 7') assurant une bonne circulation des gaz froids et peut être fermee par une porte hermétique 28, également isolante et comportant aussi des rainures ou des gorges remplissant la même fonction que ci-dessus.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Elément de cloison (10) à double face, amovible, notamment pour enceinte isotherme, caractérisé en ce qu'il comporte dans son épaisseur deux compartiments contigus l'un à l'autre, le premier compartiment non étanche étant susceptible d'être rempli par un élément frigorigène (15) solide et sublimable, notamment du gaz carbonique ou carboglace, le deuxième compartiment étanche ou boîtier (11) étant rempli par un eutectique ou de l'air, le premier compartiment étant pourvu sur sa face externe (14) d'une ou plusieurs ouvertures autorisant la diffusion vers l'extérieur du compartiment de l'élément frigorigène sublimé, lesquelles ouvertures sont réparties de façon sensiblement homogène sur cette face externe, ledit élément de cloison à double compartiment ayant pour fonction de diriger des températures notablement différentes de part et d'autres dudit élément.

2. Elément de cloison selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un interstice (16) est ménagé
entre la face externe du compartiment non étanche et la partie inférieure du boîtier étanche pour permettre l'écoulement dudit gaz frigorigène vers le bas.

3. Elément de cloison selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le boîtier étanche est élargi à sa base (12) pour offrir à
l'eutectique un volume de contenance suffisante.

4. Elément de cloison selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé dans un matériau à conductibilité thermique élevée, notamment en métal ou alliage métallique.

5. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espace compris entre le boîtier étanche (11) et la face externe du boîtier non étanche (14) est rempli de gaz carbonique solide (15) sous toutes ses formes et constituant l'agent frigorigène.

6. Elément selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que le gaz carbonique solide repose sur la base élargie (12) dudit boîtier.

7. Enceinte isotherme, caractérisée en ce qu'elle contient au moins un élément de cloison (10) conforme à
l'une quelconque des revendications précédentes, disposé en tant que paroi verticale, avantageusement amovible et dont la hauteur correspond sensiblement à
celle des parois latérales (2) de ladite enceinte (1).

8. Enceinte isotherme selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle contient au moins un élément de cloison (10) délimitant au moins deux compartiments intérieurs, l'un en contact avec le boîtier étanche maintenu à une température d'ambiance voisine de la température de fusion de l'eutectique, l'autre en contact avec le compartiment non étanche contenant le frigorigène et maintenu à une température de congélation très inférieure à la précédente.

9. Enceinte isotherme selon la revendication 7, caractérisée en ce que deux de ses parois opposées (3) sont recouvertes chacune d'un élément de cloison conforme à l'une des revendications 1 à 6, les compartiments étanches de chacun des éléments de cloison étant vis-à-vis l'un de l'autre de sorte à
constituer entre eux un compartiment isotherme maintenu à une température positive voisine de la température de fusion de l'eutectique.

10. Enceinte isotherme selon la revendication 7, caractérisée en ce que deux de ses parois opposées (3) sont recouvertes chacune d'un élément de cloison (10) conforme à l'une des revendications 1 à 6, leurs boîtiers étanches respectifs étant disposés contre ses parois de sorte à constituer entre lesdits éléments un compartiment isotherme maintenu à une température de congélation.

11. Enceinte isotherme selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce qu'elle comporte dans son fond (8) des rainures (9) s'étendant perpendiculairement au plan des éléments de cloison (10), ces rainures (9) permettant la circulation du gaz de sublimation de l'agent frigorigène.

12. Enceinte isotherme en forme d'armoire frigorifique, caractérisée en ce qu'elle contient par exemple deux éléments réfrigérant et congélateur (10') selon la revendication 1 ou 2, ces éléments étant disposés horizontalement dans l'enceinte, l'une à la partie supérieure, l'autre sous la forme d'une paroi séparatrice amovible et de hauteur réglable, et comportant d'une part un réservoir plat (22) contenant le gel eutectique ou le réservoir-tampon, et d'autre part un bac (23) fermé par une grille (14') et dans lequel peut être déversée la quantité voulu d'agent frigorigène (24), notamment sous forme de gaz carbonique solide.