Appareillage pour le maintien d'une température déterminée à l'intérieur d'une enceinte réfrigérée
Pour le transport et le stockage des denrées périssables, en particulier de celles destinées à l'alimentation, on utilise des installations comportant des enceintes maintenues à basses températures, telles que chambres, wagons, camions, conteneurs frigorifiques. Le maintien d'une température déterminée, voire constante, à l'intérieur de ces enceintes est des plus importants. La réfrigération de ces enceintes est obtenue de diverses manières, dont l'une est la diffusion d'un gaz liquéfié, comme l'azote liquide, à l'intérieur de l'enceinte.
Cette manière convient particulièrement bien pour les installations mobiles destinées au transport des denrées, à savoir les wagons, camions et conteneurs.
Pour le maintien d'une température déterminée, tant dans les enceintes d'installations fixes que dans les enceintes d'installations mobiles, il est fait appel à des appareils commandés électriquement, donc tributaires d'une source d'énergie électrique. Disposer d'une telle source pour des installations mobiles constitue un gros inconvénient, d'autant plus que ces installations se trouvent pratiquement constamment à de grandes distances de leur lieu d'entretien et de révision.
La présente invention a pour objet un appareillage pour le maintien d'une température déterminée à l'intérieur d'une enceinte réfrigérée par diffusion d'un gaz liquéfié provenant d'au moins un réservoir, appareillage ne faisant pas appel à une source d'énergie électrique.
L'appareillage objet de l'invention comporte un dispositif de commande de l'écoulement du gaz liquéfié prélevé du réservoir et introduit dans l'enceinte à réfrigérer, ce dispositif de commande comportant, d'une part, un palpeur de températures placé dans ladite enceinte et, d'autre part, une soupape placée au voisinage dudit réservoir et réglant l'écoulement du gaz liquéfié.
Cet appareillage est, selon l'invention, caractérisé en ce que ledit palpeur comporte une chambre qui contient un liquide à fort coefficient de dilatation en contact thermique avec l'atmosphère de l'enceinte et qui communique par un tube avec un vase à volume variable fermé par une membrane souple et disposé à proximité de la soupape réglant l'écoulement du gaz liquéfié, ledit tube et ledit vase étant pleins d'un liquide et ladite membrane commandant la position de ladite soupape de réglage par rapport à son siège, le tout de telle sorte que les variations de volume du liquide à fort coefficient de dilatation, qui sont dues à des variations de température dans l'enceinte, soient transmises à la membrane de commande de la soupape de réglage et partant à cette soupape.
Comme on le conçoit, les moyens mis en oeuvre pour maintenir une température déterminée (voire constante) à l'intérieur de l'enceinte, fonctionnent d'une manière autonome et sans recourir à une source d'énergie électrique. Les avantages ainsi réalisés font que l'appareillage selon l'invention est tout particulièrement bien destiné aux installations frigorifiques mobiles, voire aux conteneurs pour le transport de denrées périssables, comme ceux décrits dans les brevets suisses no.
456 453 et no. 512 376.
Le dessin annexé représente schématiquement, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareillage selon l'invention.
La fig. 1 est un schéma montrant l'appareillage complet dont les organes sont en position de travail, c'est-à-dire de réfrigération de l'enceinte.
La fig. 2 est un schéma d'une partie des organes de l'appareillage se trouvant à proximité du réservoir dans la position qu'ils occupent pendant que le réservoir est approvisionné en gaz liquéfié.
En référence au dessin, L'enceinte réfrigérée 10 est indiqué à la fig. 1 par un rectangle en traits et points; elle renferme les denrées à conserver.
Les parties de l'installation qui se trouvent en dehors du rectangle, donc en dehors de l'enceinte 10, peuvent être voisines de cette enceinte ou éloignées de celle-ci. Cette enceinte 10 comporte à sa partie supérieure des diffuseurs 11 projetant en elle du gaz liquéfié 12 qui se vaporise immédiatement, en refroidissant l'enceinte et son contenu. Le gaz liquéfié est amené aux diffuseurs 1 1 par une conduite 13 dont la partie amont se trouve à l'extérieur de l'enceinte 10. Il provient d'un réservoir 14 thermiquement isolé, duquel il est prélevé pour être envoyé par une conduite 15 à la soupape en réglant l'écoulement, désignée ci-après comme soupape de réglage 16. Après avoir passé cette soupape, le gaz liquéfié arrive à la conduite 13.
Un palpeur de température, indiqué d'une manière générale par le chiffre 17, est disposé au bas de l'enceinte 10. Il est constitué par deux pièces 18 et 19 vissées l'une dans l'autre et maintenant entre elles une membrane souple 20. Cette dernière détermine deux compartiments séparés 21 et 22 à l'intérieur du palpeur. Le compartiment 21 est rempli d'un liquide 23 à fort coefficient de dilatation, par exemple un chlorofluoro-méthane comme le trichloro-monofluoro-méthane. Le compartiment 22 est rempli d'un liquide 24, de préférence à très faible coefficient de dilatation comme une huile minérale.
Il est en effet avantageux que le liquide 24 ait un coefficient de dilatation plus faible que celui du liquide 23. Un tube 25 met le compartiment 22 en communication avec un vase 26 à volume variable délimité par un godet 27 et une membrane souple 28. La tige 29 de la soupape 16 est fixée à cette membrane 28 et coulisse dans une pièce 30, de telle sorte que la soupape 16 suit les mouvements de la membrane 28 et peut être appliquée sur son siège 31.
Le réservoir 14 qui contient le gaz liquéfié peut être une bonbonne cylindrique dont l'axe longitudinal est horizontal. Il est fixé à un raccord 32, lui-même fixé à un carter 33. Un robinet rotatif est indiqué schématiquement en 34. Les détails de construction de ce robinet ne sont pas représentés au dessin. Ce robinet 34 est sous la commande d'une manette accessible de l'extérieur du carter 33. Selon les différentes positions que peut occuper le robinet 34, les deux conduites 35 et 36 passant dans le raccord 32 et s'étendant à l'intérieur du réservoir 14 peuvent être branchées soit comme représenté en traits pleins à la fig. 1 (position de travail), soit comme représenté en traits pleins à la fig. 2 (position d'approvisionnement).
La conduite 35 s'étend dans le réservoir 14 jusqu'au bas de celui-ci alors que l'extrémité de la conduite 36 se trouve dans la partie haute du réservoir. La conduite 35 sert tantôt à l'approvisionnement (recharge) du réservoir 14 en gaz liquéfié (voir fig. 2) tantôt au prélèvement de gaz liquéfié pour le refroidissement de l'enceinte 10 (voir fig. 1). La conduite 36 débouche à l'atmosphère (fig. 2) lors de l'opération d'approvisionnement en gaz liquéfié et sert alors de purge du gaz non liquéfié restant dans le réservoir et, lors du prélèvement de gaz liquéfié, elle est branchée sur un canal 37 ménagé dans le carter 33.
Deux soupapes de sûreté indiquées schématiquement en 38 et 39, sont branchées sur le canal 37 et débouchent à l'atmosphère. La première 38 de ces soupapes fonctionne à une pression supérieure (par exemple 1,2 Bar) à la pression de fonctionnement de la deuxième soupape 39 (par exemple 0,9
Bar). La première soupape 38 a un débit plus grand que celui de la deuxième 39. Le canal 37 se termine par un rétrécissement et communique avec un espace 40 au-dessus de la membrane 28 lorsque le liquide 24 est rétracté; cette communication est interrompu lorsque la membrane 28 soulève la soupape 16 de son siège 31.
Le carter 33 porte une embouchure 41; celle-ci pourrait être d'une seule pièce avec le carter. Cette embouchure 41 présente une cavité 42 et un téton 43. Ce dernier constitue un axe pour un disque rotatif 44 lequel est percé d'ouvertures 45 et 46 de diamètres différents. La matière du disque 44 a un coefficient de dilatation plus élevé que celui de la matière de l'axe 43. Le raccord 32, le carter 33, l'embouchure 41 et l'axe 43 sont en une ou plusieurs matières bonnes conductrices du froid; ces organes se trouvent donc refroidis par le réservoir 14. L'axe 43 communique son froid au disque 44 et il en résulte que ce dernier se trouve bloqué sur son axe 43 tant que du gaz liquéfié se trouve dans le réservoir 14 du fait de la transmission du froid dégagé par ledit gaz jusqu'au disque 44.
Une valve 47, représentée schématiquement au dessin, est de construction telle qu'elle ferme hermétiquement le passage de la cavité 42 au conduit 35 (fig. 1) et qu'elle ouvre ce passage (fig. 2) lorsqu'un embout est introduit dans la cavité 42.
Le fonctionnement de l'appareillage qui vient d'être décrit est le suivant:
Le réservoir 14 étant vide, le robinet 34 est mis dans la position correspondant à la fig. 2. Le remplissage ou la recharge du réservoir 14 en gaz liquéfié se fait alors par l'ouverture 45, la cavité 42, la valve 47 ouverte et la conduite 35.
Les différents organes qui viennent d'être énumerés se trouvant à la température ambiante, le disque 44 peut tourner sur son axe 43. L'ouverture 45 a donc été amenée en regard de la cavité 42; cette ouverture 45, qui est plus grande que l'ouverture 46, permet le raccordement de l'appareillage à une source d'un gaz liquéfié déterminé, par exemple d'azote. Le froid dégagé dès le début du remplissage du réservoir 14, bloque le disque 44 sur son axe 43; il n'est alors plus possible de brancher sur l'appareillage une source d'un autre gaz, puisque les cylindres qui constituent les sources d'approvisionnement en gaz liquéfié ont des embouts de calibre différent selon les gaz qu'ils contiennent.
Pour remplacer une charge en un gaz liquéfié déterminé par un autre gaz, par exemple remplacer l'azote par l'oxygène, il faut mettre le réservoir 14 en communication avec l'atmosphère par la conduite 36 de purge et attendre le réchauffement du réservoir 14 et partant de l'axe 43 pour pouvoir tourner le disque 44 et amener l'ouverture 46 en regard de la cavité 42.
Pour le remplissage du réservoir 14, on introduit l'embout de la source de gaz liquéfié dans la cavité 42, ce qui provoque l'ouverture de la valve 47 (fig. 2) et on fixe cet embout à l'appareillage. La vanne de la source peut alors être ouverte.
Le gaz liquéfié s'écoule dans le réservoir 14 et le gaz non liquéfié se trouvant dans celui-ci s'en échappe à l'atmosphère par la conduite 36 de purge. Sitôt que du gaz liquéfié sort par cette conduite, la vanne de la source est fermée, le robinet 34 est tourné et amené dans la position correspondant à la fig. 1. La source de gaz liquéfié est débranchée de l'appareillage et ce dernier entre en fonctionnement.
Du gaz liquéfié s'écoule par la conduite 35 (qui fonctionne alors comme conduite de prélèvement) par la conduite 15, passe la soupape 16 qui est ouverte, puis est dirigé sur les diffuseurs 1 1 par la conduite 13. Le gaz liquéfié, puis pulvérisé en 12 refroidit l'enceinte.
La pièce 19 est bonne conductrice du froid, de sorte que le refroidissement de l'enceinte 10 est transmis au liquide 23 à fort coefficient de dilatation du palpeur 17. Ce liquide se contracte, ce qui déplace la membrane 20. Ce déplacement est transmis à la membrane 28 par le liquide 24 contenu dans le tube 25. Un abaissement de la température dans l'enceinte 10, se traduit par une diminution du volume du vase 26 à volume variable et partant par un déplacement de la membrane 28 dans le sens du rapprochement de la soupape 16 de son siège 31.
Le débit d'écoulement du gaz liquéfié au travers de la soupape 16 se trouve donc sous la dépendance de la température régnant dans l'enceinte 10. Par une adaptation de la distance entre la soupape 16 et son siège 31 pour une température donnée désirée à l'intérieur de l'enceinte 10, il est possible de régler le débit d'écoulement commandé par la soupape 16 pour maintenir cette température désirée dans l'enceinte 10.
Ce réglage de débit dépend principalement de la perte de frigories par l'enceinte.
Les soupapes de sûreté 38 et 39 fonctionnent en cas de surpression dans l'appareillage, la soupape 39 entrant en action
avant la soupape 38. Au cas où la température dans l'enceinte 10 viendrait à être fortement trop basse, la membrane 28 se retirerait suffisamment à sa périphérie pour que du gaz liquéfié passe du canal 37 dans l'espace 40 et provoque la fermeture de la soupape 16. Le gaz emprisonné en 40 s'en échappe à la longue le long de la tige de la soupape 16.
Comme on le conçoit, l'appareillage qui vient d'être décrit fonctionne donc de lui-même, sans nécessiter l'apport d'énergie extérieure; il est autonome.
Un seul réservoir 14 est représenté au dessin, mais l'installation de réfrigération pourrait en comporter plusieurs. Pour cela, le carter 33 peut présenter des conduits communiquant d'une part avec les conduites 35 et 36 et, d'autre part, avec les conduites correspondantes d'un ou plusieurs autres réservoirs pour le gaz liquéfié.
Dans une variante de l'appareillage décrit ci-dessus et représenté au dessin, la membrane 20 peut être supprimée et les liquides 23 et 24 sont le même liquide, c'est-à-dire un liquide à fort coefficient de dilatation. Le manque de précision qui en résulte dans la transmission des variations de volume du liquide 23 à la membrane 28 est tout à fait négligeable, vu qu'en réalité le volume du liquide 23 est beaucoup plus important que celui du liquide 24.
Apparatus for maintaining a determined temperature inside a refrigerated enclosure
For the transport and storage of perishable foodstuffs, in particular those intended for food, installations comprising enclosures maintained at low temperatures, such as rooms, wagons, trucks, refrigerated containers, are used. Maintaining a determined, or even constant, temperature inside these enclosures is most important. The refrigeration of these enclosures is obtained in various ways, one of which is the diffusion of a liquefied gas, such as liquid nitrogen, inside the enclosure.
This way is particularly suitable for mobile installations intended for the transport of foodstuffs, namely wagons, trucks and containers.
To maintain a determined temperature, both in the enclosures of fixed installations and in the enclosures of mobile installations, use is made of electrically controlled devices, therefore dependent on a source of electrical energy. Having such a source for mobile installations is a big drawback, all the more so since these installations are practically constantly at great distances from their place of maintenance and overhaul.
The present invention relates to an apparatus for maintaining a determined temperature inside a refrigerated enclosure by diffusion of a liquefied gas coming from at least one reservoir, apparatus not using a source of. electric energy.
The apparatus which is the subject of the invention comprises a device for controlling the flow of liquefied gas taken from the reservoir and introduced into the chamber to be refrigerated, this control device comprising, on the one hand, a temperature sensor placed in said enclosure and, on the other hand, a valve placed in the vicinity of said reservoir and regulating the flow of liquefied gas.
This apparatus is, according to the invention, characterized in that said probe comprises a chamber which contains a liquid with a high coefficient of expansion in thermal contact with the atmosphere of the enclosure and which communicates via a tube with a vessel of variable volume. closed by a flexible membrane and arranged near the valve regulating the flow of the liquefied gas, said tube and said vessel being full of a liquid and said membrane controlling the position of said regulating valve relative to its seat, the whole in such a way that the variations in volume of the liquid with a high coefficient of expansion, which are due to variations in temperature in the enclosure, are transmitted to the control membrane of the regulating valve and hence to this valve.
As can be seen, the means used to maintain a determined (or even constant) temperature inside the enclosure operate autonomously and without resorting to a source of electrical energy. The advantages thus achieved mean that the apparatus according to the invention is very particularly well intended for mobile refrigeration installations, or even for containers for the transport of perishable foodstuffs, such as those described in Swiss patents no.
456 453 and no. 512 376.
The appended drawing shows schematically, by way of example, an embodiment of the apparatus according to the invention.
Fig. 1 is a diagram showing the complete equipment, the members of which are in the working position, that is to say for cooling the enclosure.
Fig. 2 is a diagram of part of the components of the apparatus located near the tank in the position they occupy while the tank is supplied with liquefied gas.
With reference to the drawing, the refrigerated enclosure 10 is shown in FIG. 1 by a rectangle in lines and dots; it contains the food to be preserved.
The parts of the installation which are located outside the rectangle, and therefore outside the enclosure 10, can be adjacent to this enclosure or away from it. This enclosure 10 comprises at its upper part diffusers 11 projecting liquefied gas 12 into it which vaporizes immediately, cooling the enclosure and its contents. The liquefied gas is brought to the diffusers 11 via a pipe 13, the upstream part of which is located outside the enclosure 10. It comes from a thermally insulated tank 14, from which it is taken to be sent via a pipe 15 to the valve by regulating the flow, hereinafter referred to as the regulating valve 16. After passing this valve, the liquefied gas arrives at line 13.
A temperature sensor, generally indicated by the number 17, is placed at the bottom of the enclosure 10. It consists of two parts 18 and 19 screwed into one another and maintaining a flexible membrane between them. 20. The latter determines two separate compartments 21 and 22 inside the probe. The compartment 21 is filled with a liquid 23 with a high coefficient of expansion, for example a chlorofluoro-methane such as trichloro-monofluoro-methane. Compartment 22 is filled with a liquid 24, preferably with a very low coefficient of expansion, such as mineral oil.
It is in fact advantageous for the liquid 24 to have a lower coefficient of expansion than that of the liquid 23. A tube 25 puts the compartment 22 in communication with a vessel 26 of variable volume delimited by a cup 27 and a flexible membrane 28. The stem 29 of valve 16 is fixed to this membrane 28 and slides in a part 30, so that valve 16 follows the movements of membrane 28 and can be applied to its seat 31.
The reservoir 14 which contains the liquefied gas may be a cylindrical cylinder whose longitudinal axis is horizontal. It is attached to a connector 32, itself attached to a housing 33. A rotary valve is shown schematically at 34. The construction details of this valve are not shown in the drawing. This valve 34 is under the control of a handle accessible from the outside of the casing 33. According to the different positions that the valve 34 can occupy, the two pipes 35 and 36 passing through the fitting 32 and extending inside of the reservoir 14 can be connected either as shown in solid lines in FIG. 1 (working position), or as shown in solid lines in FIG. 2 (supply position).
The pipe 35 extends in the tank 14 to the bottom of the latter while the end of the pipe 36 is located in the upper part of the tank. Line 35 is used sometimes for supplying (recharging) the tank 14 with liquefied gas (see FIG. 2) and sometimes for withdrawing liquefied gas for cooling the enclosure 10 (see FIG. 1). Line 36 opens to the atmosphere (FIG. 2) during the liquefied gas supply operation and then serves to purge the non-liquefied gas remaining in the tank and, when liquefied gas is withdrawn, it is connected to a channel 37 formed in the housing 33.
Two safety valves indicated schematically at 38 and 39, are connected to channel 37 and open to the atmosphere. The first 38 of these valves operates at a higher pressure (eg 1.2 Bar) than the operating pressure of the second valve 39 (eg 0.9
Bar). The first valve 38 has a greater flow rate than that of the second 39. The channel 37 terminates in a constriction and communicates with a space 40 above the membrane 28 when the liquid 24 is retracted; this communication is interrupted when the membrane 28 lifts the valve 16 from its seat 31.
The housing 33 carries a mouth 41; this could be in one piece with the housing. This mouth 41 has a cavity 42 and a stud 43. The latter constitutes an axis for a rotating disc 44 which is pierced with openings 45 and 46 of different diameters. The material of the disc 44 has a higher coefficient of expansion than that of the material of the pin 43. The fitting 32, the housing 33, the mouth 41 and the pin 43 are made of one or more materials which are good conductors of cold. ; these members are therefore cooled by the reservoir 14. The axis 43 communicates its cold to the disc 44 and the result is that the latter is blocked on its axis 43 as long as the liquefied gas is in the reservoir 14 due to the transmission of the cold given off by said gas to the disc 44.
A valve 47, shown schematically in the drawing, is of such construction that it hermetically closes the passage from the cavity 42 to the duct 35 (FIG. 1) and that it opens this passage (FIG. 2) when a nozzle is introduced. in the cavity 42.
The operation of the apparatus which has just been described is as follows:
The reservoir 14 being empty, the tap 34 is placed in the position corresponding to FIG. 2. The filling or recharging of the reservoir 14 with liquefied gas is then done through the opening 45, the cavity 42, the open valve 47 and the pipe 35.
The various components which have just been listed being at ambient temperature, the disc 44 can rotate on its axis 43. The opening 45 has therefore been brought opposite the cavity 42; this opening 45, which is larger than the opening 46, allows the equipment to be connected to a source of a specific liquefied gas, for example nitrogen. The cold released from the start of filling the reservoir 14, blocks the disc 44 on its axis 43; it is then no longer possible to connect a source of another gas to the apparatus, since the cylinders which constitute the sources of supply of liquefied gas have nozzles of different caliber depending on the gases they contain.
To replace a charge in a specific liquefied gas by another gas, for example replacing nitrogen with oxygen, the tank 14 must be placed in communication with the atmosphere through the purge line 36 and wait for the tank 14 to heat up. and starting from the axis 43 in order to be able to turn the disc 44 and bring the opening 46 opposite the cavity 42.
To fill the reservoir 14, the tip of the source of liquefied gas is introduced into the cavity 42, which causes the opening of the valve 47 (FIG. 2) and this tip is fixed to the apparatus. The source valve can then be opened.
The liquefied gas flows into the tank 14 and the non-liquefied gas in the latter escapes to the atmosphere through the purge line 36. As soon as liquefied gas leaves through this pipe, the source valve is closed, the valve 34 is turned and brought into the position corresponding to FIG. 1. The source of liquefied gas is disconnected from the apparatus and the apparatus comes into operation.
Liquefied gas flows through line 35 (which then functions as a sampling line) through line 15, through valve 16 which is open, then is directed to diffusers 1 1 through line 13. Liquefied gas, then sprayed at 12 cools the enclosure.
The part 19 is a good conductor of cold, so that the cooling of the enclosure 10 is transmitted to the liquid 23 with a high coefficient of expansion of the probe 17. This liquid contracts, which displaces the membrane 20. This displacement is transmitted to the membrane 28 by the liquid 24 contained in the tube 25. A lowering of the temperature in the enclosure 10 results in a decrease in the volume of the variable-volume vessel 26 and therefore a displacement of the membrane 28 in the direction of bringing the valve 16 closer to its seat 31.
The flow rate of the liquefied gas through the valve 16 is therefore dependent on the temperature prevailing in the enclosure 10. By adapting the distance between the valve 16 and its seat 31 for a given desired temperature at inside the enclosure 10, it is possible to adjust the flow rate controlled by the valve 16 to maintain this desired temperature in the enclosure 10.
This flow rate adjustment depends mainly on the loss of frigories by the enclosure.
Safety valves 38 and 39 operate in the event of overpressure in the switchgear, valve 39 coming into action
before the valve 38. In the event that the temperature in the enclosure 10 should come to be considerably too low, the membrane 28 would withdraw sufficiently at its periphery for the liquefied gas to pass from the channel 37 into the space 40 and cause the closure of the membrane. valve 16. The gas trapped at 40 eventually escapes along the stem of valve 16.
As can be seen, the apparatus which has just been described therefore operates by itself, without requiring the input of external energy; it is autonomous.
A single tank 14 is shown in the drawing, but the refrigeration installation could include several. For this, the housing 33 may have conduits communicating on the one hand with the conduits 35 and 36 and, on the other hand, with the corresponding conduits of one or more other reservoirs for the liquefied gas.
In a variant of the apparatus described above and shown in the drawing, the membrane 20 can be omitted and the liquids 23 and 24 are the same liquid, that is to say a liquid with a high coefficient of expansion. The resulting lack of precision in the transmission of the volume variations of the liquid 23 to the membrane 28 is completely negligible, since in reality the volume of the liquid 23 is much greater than that of the liquid 24.