Procédé de conservation de produits périssables
La présente invention a pour objet un procédé de conservation de produits périssables dans une chambre d'emmagasinage, selon lequel on atomise un réfrigérant sous pression ayant un point d'ébullition à la pression atmosphérique inférieur à 290 C dans la chambre d'emmagasinage sous la forme de jets séparés.
On a constaté que la densité des gaz liquéfiés à bas point d'ébullition dans le conduit d'atomisation placé dans le haut de la chambre des installations de réfrigération en cours de transport de type connu par atomisation de liquide varie considérablement, à la fois au cours du temps en tout point particulier entre les extrémités d'entrée et de décharge, et en divers points le long du conduit. Cette différence de densité est en grande partie responsable des différences de température indésirables dans les diverses sections ou zones de la chambre d'emmagasinage.
En effet, une certaine évaporation se produit dans le conduit d'atomisation par suite de la pénétration de chaleur provenant du milieu ambiant, en sorte que le degré d'évaporation et la densité du fluide à l'intérieur du conduit d'atomisation varie considérablement si le fluide admis par l'extrémité d'entrée du conduit est 100 % liquide. Par conséquent, le fluide atomisé à travers les orifices placés près de l'extrémité d'entrée du conduit a généralement une plus forte densité et contient sensiblement plus de froid que le mélange de fluides atomisé à travers les orifices proches de l'extrémité opposée, car ce mélange peut comprendre un plus fort pourcentage de vapeur et a perdu une fraction substantielle de son pouvoir réfrigérant.
En alimentant le conduit d'atomisation avec un fluide 100 % liquide, on a constaté qu'il est pratiquement impossible de réaliser une installation d'atomisation de gaz liquéfié à bas point d'ébullition qui maintienne la chambre d'emmagasinage à une température déterminée, sensiblement uniforme, en dessous de la température ambiante dans toutes les conditions généralement rencontrées au cours du transport. Il en est également ainsi lorsque seulement une petite quantité d'évaporation se produit en amont du conduit d'atomisation, de façon que le fluide admis dans ce conduit d'atomisation des installations classiques d'atomisation d'azote liquide puisse contenir jusqu'à 3 % de vapeur.
Ce problème d'uniformité de température est en grande partie dû à la grande variation de la densité du fluide qui se produit entre 0 % de vapeur et environ 8 % de vapeur, comme on le voit à la fig. 1. Bien que les courbes de la fig. 1 se rapportent à un mélange d'azote liquide-gaz saturé à O kg/cm- 0,7 kg/cm2 et 3,5kglcm" de pression relative, elles sont typiques des courbes obtenues avec d'autres gaz liquéfiés à bas point d'ébullition, comme par exemple l'air, I'oxygène, I'argon, I'anhydride carbonique et l'hélium liquéfiés. Ces courbes sont également typiques pour ces gaz liquéfiés à bas point d'ébullition à des pressions normalement employées et convenant pour la réfrigération en cours de transport.
Par exemple, la densité de l'azote liquide saturé à 0 kg/cm2 est d'environ 0,81, alors qu'une évaporation de seulement 8 % abaisse la densité du fluide à la valeur basse de 0,051 environ.
Une autre raison pour laquelle il était jusqu'ici impossible de réaliser une température de réfrigération sensiblement uniforme dans la chambre d'emmagasinage est que l'installation doit être conçue pour des répartitions variées de la charge thermique. La charge thermique varie considérablement dans les différentes zones de la chambre en raison des différences de répartition de la pénétration de chaleur due à la température ambiante et à l'infiltration d'air. La charge thermique varie également par suite de la respiration des divers types de denrées périssables. Certains produits respirent plus que d'autres, et il est évidemment souhaitable que l'installation de réfrigération convienne pratiquement pour tous les types de denrées périssables.
Une autre cause de non-uniformité de température dans la chambre d'emmagasinage est que l'écoulement à deux phases dans le conduit d'atomisation provoque un brusque changement de densité et une certaine chute de pression. La plus grande quantité de liquide atomisé par les orifices proches de l'entrée du conduit sous une pression légèrement supérieure est en outre dispersée plus largement dans la chambre, et refroidit plus uniformément l'espace d'emmagasinage que la plus petite quantité de mélange liquide-vapeur atomisé dans l'extrémité opposée de la chambre.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on atomise le réfrigérant sous la forme d'un mélange liquide-vapeur comprenant entre 8 et 50 % de vapeur en poids. il est ainsi possible de maintenir la chambre à une température sensiblement uniforme. Ceci provient de ce que le mélange liquide-vapeur conserve une densité relativement constante tout le long du conduit. I1 ne se produit que peu d'évaporation supplémentaire entre l'extrémité d'entrée et l'extrémité opposée du conduit d'atomisation.
Par exemple, comme on le voit à la fig. 1, en admettant qu'un fluide d'azote contenant 8 % de vapeur à 0,7 kg/cm2 de pression relative est introduit dans le conduit d'atomisation à une densité de 0,08 et est partiellement atomisé à travers les orifices proches de l'extrémité d'entrée, le mélange fluide atomisé par les orifices de l'extrémité opposée du conduit peuvent ne contenir qu'environ 11 % de vapeur, et par conséquent avoir une densité de 0,064. Grâce à ce changement de densité relativement faible le long du conduit d'atomisation, la proportion du mélange liquide-vapeur déchargé sous forme de brouillard par les orifices reste sensiblement constante tout le long du conduit d'atomisation.
Il est entendu que le procédé décrit ci-dessus s'applique à un état normal de conditions d'équilibre cyclique et non pas aux conditions transitoires existant pendant la période du refroidissement initial. Après que le produit périssable a été placé dans la chambre d'emmagasinage, l'installation de réfrigération est mise en service et, pendant la période de fonctionnement initiale, tout le liquide débité peut être vaporisé dans le conduit d'atomisation. Ainsi, pendant cette brève période transitoire, un fluide à grande fraction vaporisée et à basse densité est déchargé par les orifices d'atomisation. Au fur et à mesure que le conduit d'atomisation et la tuyauterie le raccordant au réservoir se refroidissent, la fraction vaporisée diminue et la densité du fluide augmente.
Finalement, l'installation est refroidie à un niveau auquel les divers composants prennent des températures relativement constantes et la fraction vaporisée du mélange est stabilisée en amont du conduit d'atomisation. C'est dans ces dernières conditions que le présent procédé prescrit que le mélange liquide-vapeur contienne entre environ 8 % et 50 % de vapeur en poids.
Le pourcentage d'évaporation qui se produit avant l'atomisation du fluide dans la chambre d'emmagasinage peut varier fortement, en fonction des changements des conditions de fonctionnement, notamment de la température ambiante et de la température désirée dans la chambre d'emmagasinage. Par exemple, une forme
d'exécution particulière de l'installation, présentant une
certaine face de transmission de chaleur en amont du
conduit d'atomisation, peut fonctionner dans des condi
tions de forte charge de réfrigération, due par exemple
au maintien d'une basse température de conservation
(290 C) sous une température ambiante élevée (380 C).
Dans ces conditions, le liquide est fréquemment débité par le récipient et le pourcentage de vapeur de réfrigérant formée en amont du conduit d'atomisation est relativement faible, par exemple 8 % de vapeur, du fait que le conduit d'alimentation et le conduit d'atomisation restent froids entre les périodes d'atomisation. Par contre, lorsque la même installation est faiblement sollicitée, par exemple lors du maintien d'une température de conservation relativement élevée (4,4O C), dans la chambre sous une température ambiante basse (100 C), le réfrigérant liquide n'est que rarement débité par le récipient.
Dans ces conditions, les conduits d'alimentation et d'atomisation se réchauffent fortement entre les périodes d'atomisation et le pourcentage d'évaporation dans le tube d'alimentation peut se rapprocher de 50 %. Ainsi, le pourcentage maximum de pré-évaporation rencontré dans une forme d'exécution particulière de l'installation de réfrigération dépend principalement de la température désirée dans la chambre d'emmagasinage, de la température extérieure et de la qualité de l'isolation de la chambre d'emmagasinage.
La pré-évaporation d'au moins 8 % évite un changement excessif de la densité dans le conduit d'atomisation et le refroidissement non uniforme de la chambre d'emmagasinage qui en résulte. Cependant, la pré-évaporation du réfrigérant atomisé ne doit pas dépasser environ 50 %, sans quoi l'utilisation de la chaleur latente d'évaporation du liquide serait insuffisante.
Par exemple, on peut vaporiser partiellement le liquide avec de la chaleur provenant du milieu de la chambre d'emmagasinage, en restreignant son passage d'une première zone à pression supérieure à la pression atmosphérique à une seconde zone à pression inférieure à celle de la première zone, quoique toujours supérieure à la pression atmosphérique, ou par une combinaison de ces méthodes.
Plusieurs formes d'exécution de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention seront décrites à titre d'exemple, en se référant au dessin dans lequel:
La fig. 2 est un graphique représentant les écartements des orifices en fonction de la distance.
La fig. 3 est un graphique représentant la température moyenne de l'air en fonction de la distance.
La fig. 4 est un graphique analogue mais concernant le présent procédé.
La fig. 5 est une vue schématique d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé.
La fig. 6 est une vue en plan schématique d'une variante.
La fig. 7 est une vue en plan schématique d'une
deuxième forme d'exécution dans laquelle le conduit liquide-vapeur est réuni au milieu de la longueur du
conduit d'atomisation et les portes d'accès sont dans la
partie centrale de la chambre.
La fig. 8 est une vue en plan schématique d'une troi
sième forme d'exécution dans laquelle une fraction du
réfrigérant liquide est vaporisée par étranglement.
La fig. 9 est une vue en groupe partielle d'un conduit
disposé dans le haut de la chambre et contenant des
organes provoquant un écoulement turbulent, pour le
mélange des phases liquide et vapeur du réfrigérant, et
la fig. 10 est une coupe suivant la ligne 10-10 de la
fig. 9.
Dans l'installation représentée à la fig. 5, une cham
bre d'emmagasinage mobile 11, thermiquement isolée, est destinée à l'emmagasinage de produits périssables 12.
Cette chambre 1 1 peut être de la construction adoptée usuellement pour les chambres frigorifiques mobiles, c'est-à-dire constituée de parois extérieures en aluminium renforcé, de parois intérieures en contreplaqué et avec une matière isolante à base d'amiante entre les deux parois. Il n'est pas nécessaire que la chambre soit hermétique, car des portes arrière 13 sont nécessaires pour l'introduction et l'enlèvement des produits périssables. Bien que la fonction principale de la chambre d'emmagasinage 11 soit de réfrigérer les produits périssables, les gaz liquéfiés préférés, tels que l'azote, assurent également la présence d'une atmosphère inerte protectrice dans la chambre, autour du produit 12. De cette manière, sa respiration est ralentie et son altération retardée, indépendamment de la réfrigération.
Un réservoir 14 thermiquement isolé, à double paroi, est associé à la chambre d'emmagasinage 11. Ce réservoir contient un gaz liquéfié, sous pression, ayant un point d'ébullition à la pression atmosphérique inférieur à environ -80C. La construction de ces réservoirs est bien connue et est par exemple décrite dans le brevet
USA No 2951348. Le réservoir 14 est représenté à l'intérieur de la chambre d'emmagasinage 11, mais pourrait également être placé à l'extérieur de cette chambre. Le réservoir 14 comprend une enveloppe externe entourant complètement un récipient interne, formant ainsi un espace isolant évacuable entre les deux parois.
Cet espace est de préférence rempli d'une matière solide thermiquement isolante, par exemple de couches alternées de barrières imperméables au rayonnement, par exemple de feuille d'aluminium, séparées par des couches fibreuses peu conductrices, par exemple de fibres de verre. Cette isolation particulièrement efficace est décrite dans le brevet USA No 3007596. D'autres matières isolantes appropriées contiennent des couches de polytéréphtalate d'éthylène revêtues d'aluminium. En variante, une matière isolante pulvérulente, par exemple de la perlite ou de la silice finement divisée, peut être employée.
Pour l'élimination des gaz qui s'accumulent dans l'espace isolant évacué, une matière adsorbante, comme par exemple de la zéolite A de calcium ou une matière à propriété de getter, comme par exemple du baryum en poudre, peut être placée dans cet espace pour assurer le maintien d'une haute qualité isolante.
Les gaz liquéfiés à bas point d'ébullition qui sont utilisables comme réfrigérants sont ceux qui ont un point d'ébullition à la pression atmosphérique inférieur à envi ron - 290 C. Comme exemples de tels gaz liquéfiés, on peut citer l'air liquide, I'argon liquide, I'anhydride carbonique liquide, l'hélium liquide et l'azote liquide.
L'azote liquide est préféré en raison de son inertie et du fait qu'il est relativement facile à séparer de l'air. Cependant, bien que la description qui suit se rapporte spécifiquement à l'azote, il est entendu que tous les gaz susmentionnés conviennent également.
Le récipient qui se trouve à l'intérieur du réservoir 14 est rempli d'azote liquide, par exemple en raccordant une source d'azote liquéfié, emmagasiné sous pression, à une vanne de remplissage 16 et en ouvrant la vanne 16, ce qui permet le transfert de l'azote liquide de la source au réservoir 14, à travers un conduit 18. Au cas où la source d'azote liquide se trouverait à une pression inférieure à la pression de fonctionnement du réservoir 14, le conduit de transfert 18 serait connecté à une pompe, et un supplément de chaleur serait ajouté au liquide sous pression avant son transfert dans le réservoir 14.
Comme indiqué précédemment, I'azote liquide est de préférence chargé dans le réservoir 14 et conservé dans celui-ci dans les conditions saturées et aux températures correspondant à une tension de vapeur supérieure à 0,7 kg/cm-' de pression relative, avec tout le liquide et la vapeur sensiblement en équilibre.
Un dispositif à robinet de jauge et à évent, s'étendant jusque dans le récipient interne du réservoir 14, est ouvert avant le début de l'opération de remplissage et sert à indiquer lorsque le réservoir 14 est plein. A ce moment, on ferme simultanément la vanne 16 et le dispositif à robinet de jauge et à évent.
De préférence, on fermc ce dernier immédiatement après cessation de l'opération de remplissage, afin que la tension de vapeur à l'intérieur du réservoir 14 ne tombe pas en dessous de la pression de fonctionnement initiale.
Comme, du fait de la haute qualité de l'isolation, il n'y a pas de pénétration de chaleur appréciable dans le récipient intérieur du réservoir 14, I'azote emmagasiné ne peut être refoulé que par la tension de vapeur d'au moins 0,7 kg/cm2, créée au moment du remplissage.
Ainsi, toute fuite à travers le dispositif, à robinet de jauge et évent, due à une fermeture insuffisamment rapide de ce dispositif, a pour effet que la tension de vapeur à l'intérieur du réservoir 14 se trouve être inférieure à la pression de fonctionnement initiale, et il en résulte que l'utilisation complète des effets réfrigérants de l'azote liquéfié emmagasiné ne sera pas obtenue aussi facilement.
Il a été constaté qu'aux pressions relatives de fonctionnement inférieures à environ 0,7 kglom2, le débit de l'azote liquide sortant du réservoir 14 diminue nettement, ce qui entraîne une forte prolongation du délai nécessaire au refroidissement de la chambre d'emmagasinage 11. En ce qui concerne la limite supérieure de température, le retard inhérent des éléments détecteurs de température actuellement connus ne permet pas une régulation satisfaisante du débit de l'azote liquide aux pressions relatives supérieures à environ 7 kg!cm2.
Avant qu'un dispositif de régulation en fonction de la température puisse être activé pour interrompre le soutirage d'azote liquide sous des pressions dépassant environ 7 kg/cm2, la température de l'atmosphère de la chambre d'emmagasinage tomberait probablement trop bas, éventuellement à 460 C ou même plus bas. Ces basses températures ne sont ordinairement pas requises et peuvent être inacceptables pour certains produits emmagasinés. En outre, l'établissement de telles températures entraîne un gaspillage des effets réfrigérants de l'azote liquide. Pour ces raisons, le domaine préféré des pressions de fonctionnement pour cette installation frigorifique mobile est compris entre 0,7 et 7 kg/cm2 de pression relative.
Pendant le remplissage, la tension de vapeur est susceptible de dépasser la pression de fonctionnement initiale. Si cela se produit, un interrupteur 20 sensible à la pression, qui communique avec l'espace de vapeur du réservoir 14 par un conduit 21, actionne une vanne de phase vapeur 22, permettant ainsi à l'excès de vapeur de s'échapper du réservoir 14 par le conduit 23 et à rejoindre la chambre d'emmagasinage 11. Dans les conditions de fonctionnement normales, lorsque l'opération de remplissage est terminée, la tension de vapeur dans le réservoir 14 ne dépasse pas la pression de fonctionnement désirée, car la pénétration de chaleur à travers
I'isolation mentionnée, qui provoquerait cette montée de
pression, est négligeable.
Cependant, si la pression monte par trop au-delà de la pression de fonctionnement initiale, des moyens de détente 24 permettent à l'excédent de vapeur de s'échapper si la vanne 22 est incapable de faire tomber la pression assez vite. Un manomètre 24a, raccordé au conduit 21, indique visuellement la pression de fonctionnement régnant dans le réservoir 14.
Un conduit de décharge de liquide 25 est raccordé par l'une de ses extrémités au réservoir 14 et par son autre extrémité à un échangeur de chaleur 26 ayant une surface suffisante pour l'évaporation d'au moins 8 % du fluide entrant. L'échangeur de chaleur 26 comprend un tube s'étendant sur toute la longueur de la chambre d'emmagasinage 11, de son extrémité avant à son extrémité arrière, et placé dans la partie supérieure de la chambre. La chaleur nécessaire est fournie à l'échangeur de chaleur 26 par l'atmosphère ambiante de la chambre. Un conduit 27 à liquide-vapeur est également disposé avec une première extrémité raccordée à l'extrémité de sortie du conduit 26 et à l'extrémité arrière de la chambre d'emmagasinage 11. Un conduit d'atomisation 28, raccordé à une seconde extrémité du conduit à liquide-vapeur 27, est placé dans la partie supérieure de la chambre 11.
Le conduit 28 s'étend sur toute la longueur de la chambre 11 et présente des orifices 29 répartis sur sa longueur. Ces orifices éjectent des jets liquidevapeur séparés à une pression supérieure à la pression atmosphérique dans la chambre d'emmagasinage pour que la chambre entière soit uniformément refroidie en dessous de la température atmosphérique. Bien que le conduit d'atomisation 28 et l'échangeur de chaleur 25 soient placés près du centre de la chambre 11, par rapport à la direction transversale, ils peuvent être placés n'importe où dans la partie supérieure de cette chambre, par exemple près d'une paroi latérale.
Il est parfois avantageux d'entourer le conduit d'atomisation 28 d'une isolation thermique et une isolation thermique entourant les conduits d'échange de chaleur 26 et 27 peut même se justifier pour améliorer leur comportement d'ensemble et prévenir une congélation des produits emmagasinés pendant et après le fonctionnement de l'installation. Une isolation de bonne qualité serait employée sur le conduit d'atomisation 28 pour empêcher pratiquement la chaleur de pénétrer jusqu'au réfrigérant qui s'y trouve et limiter ainsi le changement de densité du fluide dans ce conduit.
Une isolation de moins bonne qualité serait employée sur le conduit d'échange de chaleur 26 et sur le conduit de raccord 27 afin de permettre une pénétration de chaleur suffisante pour l'évaporation de la fraction désirée du liquide et simultanément maintenir une température externe supérieure au point de congélation pour empêcher la formation de givre sur la surface externe et la congélation des produits emmagasinés adjacents.
L'installation comprend en outre des moyens de régulation du débit du gaz liquéfié. Ces moyens comprennent un élément détecteur de température 35, par exemple une ampoule, placé à l'intérieur de 'la chambre d'emmagasinage 11. Cette ampoule 35 est connectée par un transmetteur de signal 36 à un régulateur de température 37, et un transmetteur de signal 38 assure la communication entre le régulateur et une vanne à phase liquide 39 placée dans le conduit de décharge de liquide 25. Les moyens de régulation du débit peuvent être actionnés électriquement ou pneumatiquement. Pour le cas où une
défectuosité se produirait dans le réseau électrique ou pneumatique, I'installation est pourvue de moyens pour
diriger l'azote liquide dans la chambre d'emmagasinage
11.
Une vanne de dérivation d'urgence 40 peut être actionnée manuellement, permettant ainsi à l'azote liquide de s'écouler à travers le conduit de décharge de liquide 25, puis un conduit 42 et de là jusque dans le conduit d'échange de chaleur 26, au point de jonction avec le conduit de décharge de liquide 25.
L'installation de réfrigération fonctionne de la manière suivante.
Lorsque la température de l'atmosphère de la chambre d'emmagasinage 1 1 monte au-dessus d'une valeur déterminée, par exemple - 180 C pour des denrées alimentaires congelées ou environ l ,7o C pour des produits frais, température détectée par l'élément 35, un signal émis par le régulateur 37 et transmis par le conduit 38 ouvre la vanne 39. De l'azote liquide s'écoule alors du réservoir 14 par le conduit 25 jusqu'au conduit échangeur de chaleur 26, où une fraction suffisante du liquide déchargé est évaporée pour former un liquide-vapeur contenant au moins 8 % de vapeur en poids.
L'évaporation partielle se produit par échange de chaleur avec le gaz plus chaud entourant le conduit 26 à l'intérieur de la chambre ll. Ce même gaz, une fois refroidi, refroidit à son tour uniformément les diverses zones ou sections d'emmagasinage, de l'avant à l'arrière de la chambre 11.
Le liquide-vapeur ainsi formé entre dans le conduit d'atomisation 28, qui de préférence contient des organes générateurs de turbulence qui mélangent intimement le fluide réfrigérant. Le mélange liquide-vapeur est atomisé à travers les orifices 29 pour la réfrigération des produits périssables 12 au cours de leur transport, ces orifices étant de préférence plus proches les uns des autres dans les sections d'extrémités avant et arrière de la chambre que dans la section médiane de la chambre. Il ressort de ce qui précède que la réfrigération est répartie dans la chambre d'emmagasinage à la fois par l'atomisation et par convection à partir des surfaces froides du conduit échangeur de chaleur 26, du conduit à liquide-vapeur 27 et du conduit d'atomisation 28.
Chaque fois que l'on ouvre les portes arrière 13 pour accéder à la chambre 11, de l'air à température ambiante diffuse rapidement dans la chambre il en déplaçant l'atmosphère froide de la chambre et en élevant la température de l'atmosphère de la chambre. Pour empêcher le régulateur de température 37 d'ouvrir la vanne 39 dans ces circonstances, un interrupteur 44 est ouvert, ce qui interrompt le circuit du régulateur de température.
L'interrupteur 44 qui peut être manuel ou automatique, communique avec le régulateur de température 37 par l'intermédiaire d'un conduit 45 transmetteur de signal pneumatique ou électrique. Comme cette installation frigorifique est capable de refroidir rapidement et économiquement l'atmosphère de la chambre d'emmagasinage à partir de la température extérieure jusqu'à toute basse température désirée, compatible avec les propriétés de l'azote liquide, par exemple - 180 C, il est sans autre possible d'inactiver temporairement l'installation pendant l'exposition de l'intérieur de la chambre à l'atmosphère extérieure.
Dans la variante de la fig. 6, les portes d'accès à l'arrière 13 sont les mêmes qu'à la fig. 5, mais l'échangeur de chaleur 26 raccordé au conduit de décharge de liquide 25 comprend des serpentins disposés à l'avant de la chambre d'emmagasinage. En outre, le conduit à liquide-vapeur 27 rejoint l'extrémité de sortie de l'échangeur de chaleur 26 dans l'extrémité avant de la chambre et se raccorde avec le conduit d'atomisation également à cette extrémité. Une autre particularité de la fig. 6 est que le réservoir 14 est rectangulaire au lieu d'être cylindrique.
Dans la forme d'exécution de la fig. 7, les moyens d'accès sont constitués par les portes 13 disposées sur chaque côté, dans la section médiane de la chambre 11.
Cette dernière peut, par exemple, être un wagon fermé convenant pour les longues étapes. L'échangeur de chaleur 26 s'étend d'une extrémité à l'autre de la chambre 11, puis retourne jusqu'à mi-chemin, dans la section médiane, où se trouvent son point de raccordement avec le conduit 27 et le point de jonction avec le conduit d'atomisation 28. Ainsi, le fluide se divise et s'écoule à partir du milieu en directions opposées vers les deux extrémités de la chambre 11 pour être éjecté à travers les orifices d'atomisation espacés 29 du conduit 28.
Comme dans les autres formes d'exécution illustrées, les orifices sont de préférence plus proches les uns des autres dans les sections des extrémités avant et arrière que dans la section médiane de la chambre d'emmagasinage pour une distribution plus uniforme du brouillard dans la chambre, car les charges thermiques sont plus fortes dans les zones d'extrémité et moins fortes dans la zone médiane en dépit de l'exposition périodique de cette dernière directement au milieu ambiant.
La fig. 8 représente une installation frigorifique de transport comprenant plusieurs réservoirs de gaz liquéfié 14 reliés entre eux par une tuyauterie d'intercommunication pour la fourniture continuelle de liquide jusqu'à ce que tous les réservoirs soient vides. Par exemple, ces réservoirs peuvent être raccordés en série comme décrit dans le brevet USA No 3241580.
Une autre particularité de la fig. 8 réside dans l'emploi d'une vanne de commande 50 pour l'évaporation partielle du liquide dans le conduit de décharge 25. Ainsi, on réalise cette évaporation partielle du liquide en restreignant son passage d'une première zone de pression supérieure à la pression atmosphérique à une seconde zone de pression inférieure à celle de la première zone bien que toujours supérieure à la pression atmosphérique. Le liquide-vapeur ainsi formé entre dans le conduit d'atomisation à l'extrémité avant de la chambre et s'écoule vers son extrémité arrière pour être atomisé à travers les orifices 29. Pour de l'azote liquide saturé comme réfrigérant, il faut environ 1,5 kg/cm2 de pression relative dans les réservoirs 14 pour produire 8 % de vapeur à la pression atmosphérique.
Cependant, comme la pression relative dans le conduit 28 doit ordinairement être d'au moins 0,35 kg1cm2 pour l'atomisation du liquide-vapeur dans la chambre 11, une pression relative d'environ 2 kg/cm2 est nécessaire dans le réservoir pour la production d'au moins 8% de vapeur d'azote à l'entrée du conduit d'atomisation.
Les fig. 9 et 10 représentent une section de l'assemblage échangeur de chaleur conduit d'atomisation de la fig. 5, avec un générateur d'écoulement turbulent 51 placé dans le conduit d'atomisation 28. Ce générateur comprend une bande de matière plate et mince, tordue en une hélice de 30 à 38 cm de pas et introduite dans le conduit 28. Dans l'installation selon la fig. 5, le conduit échangeur de chaleur 26 de 25 mm de diamètre externe a une longueur de 1 1 m et communique avec un conduit d'atomisation 28 de 19 mm de diamètre externe qui a une longueur de 1 1 m. Ces deux conduits s'étendent d'un bout à l'autre d'une chambre d'emmagasinage de produits périssables et sont distants d'environ 7 cm d'entreaxe. La chambre elle-même à 12,2 m de long, 2,4 m de large et 2,4 m de haut.
Le réservoir d'azote liquide a une capacité de 1,130 kg et est réglé de manière à refouler le liquide sous une pression relative de 1,05 kg/cm2.
La bande hélicoïdale 51 peut être remplacée par d'autres générateurs d'écoulement turbulent, par exemple par des creux ou des saillies espacés, pratiqués dans les parois latérales du conduit d'atomisation 28.
Les fig. 9 et 10 montrent également des positions typiques pour les orifices d'atomisation 29. Ces orifices sont avantageusement orientés suivant un angle a de 0-30O en dessous de l'horizontale, et de préférence d'environ 20( > , tour à tour sur chaque côté par rapport à l'axe du conduit 28. Avec cette orientation, les jets sont dirigés vers l'extérieur et vers le bas, en direction des parois latérales de la chambre d'emmagasinage, à partir du conduit 28 placé centralement.
Les orifices d'atomisation sont dimensionnés et espacés de façon que la quantité de réfrigérant éjecté par chaque orifice soit suffisante pour absorber la charge thermique imposée en cet endroit; comme mentionné précédemment, les charges thermiques sont plus grandes dans les extrémités de la chambre que dans la section médiane, et on a trouvé que la méthode la plus efficace pour faire correspondre la réfrigération avec la charge thermique consiste à disposer les orifices d'atomisation plus près les uns des autres dans les sections d'extrémités de la chambre.
Dans le conduit d'atomisation préféré dont il a été question au sujet de la forme d'exécution de la fig. 5, les orifices d'atomisation ont tous 1,5 mm de diamètre. Si l'on considère le conduit d'atomisation de il m de long comme divisé en trois sections de longueurs choisies, on trouve 5 orifices dans la première section, ou section arrière, comprenant 25 % de la longueur, 3 orifices dans la deuxième section, ou section médiane, comprenant 30 % de la longueur, et 27 orifices dans la dernière section, ou section avant, comprenant les 45 % restants de la longueur du conduit d'atomisation. Les espacements des orifices dans ce conduit particulier sont représentés graphiquement par la courbe C de la fig. 2.
Pour l'établissement de ce graphique, la chambre d'emmagasinage est considérée comme divisée en huit sections longitudinales. On a porté en ordonnées le pourcentage de l'aire totale des orifices d'atomisation du conduit pour chaque section de 1/8 de longueur, et en abscisses le pourcentage de la longueur totale du conduit d'atomisation, mesurée à partir de l'extrémité d'entrée du fluide dans le conduit. Le mélange liquide-vapeur a été introduit par l'extrémité avant de la chambre d'emmagasinage pour la courbe A et par l'extrémité arrière de la chambre pour les courbes B et C. Pour la courbe A, le conduit d'atomisation est un tuyau de laiton de 9,5 mm de diamètre interne et les orifices d'atomisation sont des trous de 1,6 mu de diamètre, percés dans le tuyau à 200 d'inclinaison en dessous de l'horizontale, alternativement sur chaque côté du tuyau.
Pour les courbes B et
C, les conduits d'atomisation sont des tuyaux d'aluminium de 19 mm de diamètre externe avec des trous percés de manière semblable.
La courbe A de la fig. 2 représente la distribution classique des orifices d'atomisation dans un conduit d'atomisation dont l'extrémité d'entrée du mélange liquide-vapeur se trouve à l'extrémité avant, l'espacement des orifices diminuant progressivement de l'avant à l'arrière de la chambre. Les courbes B et C de la fig. 2 représentent des exemples de distribution des orifices d'atomisation lorsqu'une fraction du gaz liquéfié est préévaporée en amont du conduit d'atomisation, conformément au procédé décrit. La courbe B représente une distribution intermédiaire des orifices d'atomisation et la courbe C représente la distribution préférée des orifices d'atomisation.
Par exemple, dans le premier huitième de la longueur du conduit d'atomisation (en partant de l'extrémité d'entrée du réfrigérant), les fractions moyennes de l'aire totale sont les suivantes: courbe A = 8,3 %, courbe B = 11,2 % et courbe C = 6,9 5to . Dans la qu trième longueur du conduit (entre 37,5 % et 50 % de la longueur du conduit), les fractions moyennes de l'aire totale des orifices d'atomisation sont les suivantes: courbe A = 9,8 %, courbe B = 2% et courbe C = 3,5 %. Dans la dernière longueur du conduit (entre 87,5 % et 100 % de la longueur du conduit), les fractions moyennes de l'aire totale des orifices sont les suivantes: courbe A = 22,2 %, courbe B = 32,8 % et courbe C = 36,8 %.
La difficulté de réaliser une distribution uniforme des températures avec les installations classiques de chambres frigorifiques à conduit d'atomisation d'azote liquide est illustrée dans le graphique de la fig. 3,, parallèlement à la distribution supérieure des températures réalisables grâce au procédé décrit. Dans chaque cas, une chambre d'emmagasinage du type à porte arrière a été utilisée et de l'azote liquide a été atomisé par des orifices de 1,6 mm de diamètre espacés le long d'un unique conduit en aluminium de 19 mm de diamètre externe, placé dans le haut de la chambre. Les orifices sont inclinés de 200 en dessous de l'horizontale (fig. 10). Dans chaque cas, un élément thermostatique à bulbe détecteur a été utilisé pour commander l'écoulement de l'azote liquide entre le réservoir et le conduit d'atomisation ( PC ).
Ce bulbe a été placé près de l'extrémité avant de la chambre pour certains essais et près de l'extrémité arrière pour d'autres essais comme illustré par la fig. 3. Dans l'installation classique sur laquelle la courbe D est basée, l'azote liquide a été déchargé directement du réservoir sous une pression relative d'environ 1,7 kg/cm2 et à - 1840 C et admis dans le conduit d'atomisation à l'extrémité arrière de la chambre d'emmagasinage avec pas plus d'environ 3 % d'évaporation. La distribution des orifices d'atomisation le long du conduit a été identique à la courbe A de la fig. 2. La température au point de contrôle, c'està-dire la température de l'espace d'air existant au voisinage du bulbe thermostatique, a été d'environ - 180 C.
La courbe D montre clairement que des écarts considérables se produisent par rapport au point de contrôle dans les diverses sections de la chambre d'emmagasinage. Par exemple, la température est tombée à environ ¯25oC près de la section centrale et est montée à environ - 120 C près de l'extrémité éloignée, ou arrière de la chambre d'emmagasinage.
Par contre, les courbes E, F et G de la fig. 3 montrent l'amélioration réalisable en évaporant une fraction suffisante de l'azote liquide débité pour former un mélange liquide-vapeur contenant au moins 8 % de vapeur, et en atomisant ce fluide à travers des orifices dont l'aire
est distribuée suivant la courbe B de la fig. 2. Le liquide a été partiellement évaporé dans un conduit non isolé
s'étendant de l'extrémité avant à l'extrémité arrière de la chambre d'emmagasinage, par la chaleur empruntée à l'atmosphère de la chambre d'emmagasinage, puis a été introduit dans le conduit d'atomisation à l'extrémité arrière de la chambre, comme représenté à la fig. 5. Le conduit d'alimentation en mélange liquide-vapeur est de 19 mm de diamètre dans les courbes E et G et de 25 mm de diamètre dans la courbe F, avec le point de contrôle à environ - 180 C pour E et F.
Pour la courbe G, le point de contrôle est à - 40 C. Dans chaque cas, la tem- pérature moyenne de l'espace d'air pour les courbes E,
F et G n'a varié que d'environ 2,20 C par rapport au point de contrôle dans la partie arrière de la chambre d'emmagasinage, ce qui représente une nette amélioration par rapport à l'écart classique, atteignant jusqu'à 5,60 C, de la température de l'espace d'air de l'extrémité arrière (voir courbe D). Cependant, I'écart de la température de l'espace d'air n'a été que peu amélioré dans l'extrémité avant de la chambre d'emmagasinage pour les courbes E et F, en comparaison avec la courbe D.
Cette limitation a été surmontée par le mélangeur hélicoïdal des fig. 9 et 10, où la distribution des températures encore améliorée de la fig. 4 a été obtenue en utilisant un tube échangeur de chaleur de 25 mm de diamètre externe, s'étendant sur la longueur de la chambre, et un conduit d'atomisation de 19 mm de diamètre externe avec des orifices de 1,6 mm de diamètre répartis comme représenté par la courbe C de la fig. 2. Comme on le voit à la fig. 4, pour des points de contrôle à environ 30 C (courbe H), - 90 C (courbe I) et - 220 C (courbe
J), l'écart moyen de la température de l'espace d'air n'a pas dépassé environ 1,70 C en n'importe quel point dans la chambre d'emmagasinage.
REVENDICATION I
Procédé pour la conservation de produits périssables dans une chambre d'emmagasinage, selon lequel on atomise un réfrigérant sous pression ayant un point d'ébullition à la pression atmosphérique inférieur à 290 C dans la chambre d'emmagasinage sous la forme de jets séparés, caractérisé en ce que l'on atomise le réfrigérant sous la forme d'un mélange liquide-vapeur comprenant entre 8 et 50 % de vapeur en poids.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on retire le mélange liquide-vapeur directement d'un récipient de réfrigérant liquide.
2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on utilise un réfrigérant liquide qui est partiellement évaporé pour former le mélange liquide-vapeur.
3. Procédé selon la revendication I et la sous-revendication 2, caractérisé en ce que l'on effectue l'évaporation partielle du réfrigérant liquide au moyen de chaleur provenant du milieu ambiant de la chambre d'emmagasinage.
4. Procédé selon la revendication I et la sous-reven
dication 2, caractérisé en ce que l'on effectue l'évaporation partielle du réfrigérant liquide en restreignant son passage d'une zone de pression supérieure à la pression
atmosphérique à une zone de pression plus basse bien que toujours supérieure à la pression atmosphérique.
5. Procédé selon la revendication I, dans lequel on fait arriver le mélange liquide-vapeur dans une chambre
d'emmagasinage présentant des zones de déperdition de
chaleur différentes, caractérisé en ce que l'on fait arriver
davantage de mélange liquide-vapeur dans les zones
perdant plus de chaleur que les autres zones.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
Preservation process for perishable products
The present invention relates to a method of preserving perishable products in a storage chamber, according to which a pressurized refrigerant having a boiling point at atmospheric pressure of less than 290 C is atomized in the storage chamber under the form of separate jets.
It has been found that the density of low-boiling liquefied gases in the atomization duct placed at the top of the chamber of refrigeration installations during transport of known type by liquid atomization varies considerably, both at course of time at any particular point between the inlet and discharge ends, and at various points along the duct. This difference in density is largely responsible for the unwanted temperature differences in the various sections or areas of the storage chamber.
This is because some evaporation occurs in the atomization duct as a result of the penetration of heat from the surrounding medium, so that the degree of evaporation and the density of the fluid inside the atomization duct vary considerably. if the fluid admitted through the inlet end of the conduit is 100% liquid. Therefore, the fluid atomized through the orifices placed near the inlet end of the conduit generally has a higher density and contains significantly more cold than the fluid mixture atomized through the orifices near the opposite end, because this mixture can include a higher percentage of vapor and has lost a substantial fraction of its cooling capacity.
By supplying the atomization duct with a 100% liquid fluid, it has been found that it is practically impossible to produce a low-boiling point liquefied gas atomization installation which maintains the storage chamber at a determined temperature. , substantially uniform, below ambient temperature under all conditions generally encountered during transport. This is also the case when only a small amount of evaporation occurs upstream of the atomization duct, so that the fluid admitted into this atomization duct of conventional liquid nitrogen atomization installations can contain up to 3% steam.
This temperature uniformity problem is largely due to the large variation in fluid density which occurs between 0% vapor and about 8% vapor, as seen in fig. 1. Although the curves in fig. 1 relate to a mixture of liquid nitrogen-gas saturated at 0 kg / cm- 0.7 kg / cm2 and 3.5kglcm "of relative pressure, they are typical of the curves obtained with other liquefied gases at low point d boiling, such as liquefied air, oxygen, argon, carbon dioxide and helium These curves are also typical for these low boiling liquefied gases at pressures normally employed and suitable. for refrigeration during transport.
For example, the density of saturated liquid nitrogen at 0 kg / cm2 is about 0.81, while evaporation of only 8% lowers the density of the fluid to the low value of about 0.051.
Another reason why it has heretofore been impossible to achieve a substantially uniform refrigeration temperature in the storage chamber is that the installation must be designed for various heat load distributions. The heat load varies considerably in different areas of the chamber due to differences in the distribution of heat penetration due to ambient temperature and air infiltration. The heat load also varies as a result of the respiration of various types of perishable food. Some products breathe more than others, and it is obviously desirable that the refrigeration installation be suitable for practically all types of perishable foodstuffs.
Another cause of temperature non-uniformity in the storage chamber is that the two-phase flow in the atomization conduit causes a sudden change in density and some pressure drop. The greater amount of liquid atomized from the orifices near the inlet of the conduit under slightly higher pressure is furthermore dispersed more widely in the chamber, and cools the storage space more evenly than the smaller amount of liquid mixture. - vapor atomized in the opposite end of the chamber.
The process according to the invention is characterized in that the refrigerant is atomized in the form of a liquid-vapor mixture comprising between 8 and 50% vapor by weight. it is thus possible to maintain the chamber at a substantially uniform temperature. This results from the fact that the liquid-vapor mixture maintains a relatively constant density all along the duct. Little additional evaporation occurs between the inlet end and the opposite end of the atomization duct.
For example, as seen in fig. 1, assuming that a nitrogen fluid containing 8% vapor at 0.7 kg / cm2 relative pressure is introduced into the atomization duct at a density of 0.08 and is partially atomized through the nearby orifices from the inlet end, the fluid mixture atomized through the orifices at the opposite end of the conduit may contain only about 11% vapor, and therefore have a density of 0.064. Thanks to this relatively small change in density along the atomization duct, the proportion of the liquid-vapor mixture discharged in the form of a mist through the orifices remains substantially constant all along the atomization duct.
It is understood that the method described above applies to a normal state of cyclic equilibrium conditions and not to the transient conditions existing during the period of the initial cooling. After the perishable product has been placed in the storage chamber, the refrigeration plant is put into operation and, during the initial period of operation, all the liquid delivered can be vaporized in the atomization line. Thus, during this brief transient period, a fluid with a large vaporized fraction and low density is discharged through the atomization orifices. As the atomization duct and the piping connecting it to the reservoir cool, the vaporized fraction decreases and the density of the fluid increases.
Finally, the installation is cooled to a level at which the various components take on relatively constant temperatures and the vaporized fraction of the mixture is stabilized upstream of the atomization duct. It is under these latter conditions that the present process prescribes that the liquid-vapor mixture contain between about 8% and 50% vapor by weight.
The percentage of evaporation that occurs before the fluid atomizes in the storage chamber can vary widely, depending on changes in operating conditions, including ambient temperature and the desired temperature in the storage chamber. For example, a shape
particular execution of the installation, presenting a
certain heat transmission face upstream of the
atomization duct, can work in condi
high refrigeration load, for example due to
maintaining a low storage temperature
(290 C) under high ambient temperature (380 C).
Under these conditions, the liquid is frequently discharged from the container and the percentage of refrigerant vapor formed upstream of the atomization duct is relatively low, for example 8% vapor, because the supply duct and the air duct. 'atomization stays cool between atomization periods. On the other hand, when the same installation is only slightly stressed, for example when maintaining a relatively high storage temperature (4.4O C), in the room at a low ambient temperature (100 C), the liquid refrigerant is not that rarely debited by the container.
Under these conditions, the feed and atomization ducts heat up strongly between the atomization periods and the percentage of evaporation in the feed tube can approach 50%. Thus, the maximum percentage of pre-evaporation encountered in a particular embodiment of the refrigeration installation depends mainly on the desired temperature in the storage chamber, on the outside temperature and on the quality of the insulation of the storage room.
Pre-evaporation of at least 8% prevents excessive change in density in the atomization duct and the resulting non-uniform cooling of the storage chamber. However, the pre-evaporation of the atomized refrigerant should not exceed about 50%, otherwise the use of the latent heat of evaporation of the liquid would be insufficient.
For example, the liquid can be partially vaporized with heat from the middle of the storage chamber, restricting its passage from a first zone at a pressure greater than atmospheric pressure to a second zone at a pressure lower than that of the storage chamber. first zone, although always greater than atmospheric pressure, or by a combination of these methods.
Several embodiments of the installation for implementing the method according to the invention will be described by way of example, with reference to the drawing in which:
Fig. 2 is a graph showing the aperture spacings as a function of distance.
Fig. 3 is a graph showing the average air temperature as a function of distance.
Fig. 4 is a similar graph but relating to the present process.
Fig. 5 is a schematic view of an installation for implementing the method.
Fig. 6 is a schematic plan view of a variant.
Fig. 7 is a schematic plan view of a
second embodiment in which the liquid-vapor conduit is joined in the middle of the length of the
atomization duct and the access doors are in the
central part of the room.
Fig. 8 is a schematic plan view of a three
sth embodiment in which a fraction of the
Liquid refrigerant is vaporized by throttling.
Fig. 9 is a partial group view of a duct
placed at the top of the chamber and containing
organs causing turbulent flow, for the
mixture of the liquid and vapor phases of the refrigerant, and
fig. 10 is a section taken along line 10-10 of the
fig. 9.
In the installation shown in fig. 5, one room
thermally insulated mobile storage unit 11 is intended for the storage of perishable products 12.
This chamber 1 1 can be of the construction usually adopted for mobile refrigeration chambers, that is to say consisting of outer walls of reinforced aluminum, inner walls of plywood and with an asbestos-based insulating material between the two walls. It is not necessary for the chamber to be airtight, as rear doors 13 are necessary for the introduction and removal of perishable products. Although the main function of the storage chamber 11 is to refrigerate perishable products, the preferred liquefied gases, such as nitrogen, also provide for the presence of a protective inert atmosphere in the chamber, around the product 12. in this way, its respiration is slowed down and its deterioration delayed, independent of refrigeration.
A thermally insulated, double-walled tank 14 is associated with the storage chamber 11. This tank contains a liquefied gas, under pressure, having a boiling point at atmospheric pressure of less than about -80C. The construction of these tanks is well known and is for example described in the patent
USA No. 2951348. The reservoir 14 is shown inside the storage chamber 11, but could also be placed outside this chamber. The reservoir 14 comprises an outer shell completely surrounding an inner container, thus forming an evacuable insulating space between the two walls.
This space is preferably filled with a solid thermally insulating material, for example with alternate layers of barriers impermeable to radiation, for example of aluminum foil, separated by poorly conductive fibrous layers, for example of glass fibers. This particularly effective insulation is described in US Patent No. 3007596. Other suitable insulation materials contain layers of polyethylene terephthalate coated with aluminum. Alternatively, a powdery insulating material, for example perlite or finely divided silica, can be employed.
For the removal of gases which accumulate in the evacuated insulating space, an adsorbent material, such as for example calcium zeolite A or a material with getter property, such as for example powdered barium, can be placed in this space to ensure the maintenance of a high insulating quality.
The low-boiling liquefied gases which can be used as refrigerants are those which have a boiling point at atmospheric pressure of less than about - 290 C. Examples of such liquefied gases include liquid air, Liquid argon, liquid carbon dioxide, liquid helium and liquid nitrogen.
Liquid nitrogen is preferred because of its inertia and the fact that it is relatively easy to separate from air. However, although the following description relates specifically to nitrogen, it is understood that all of the aforementioned gases are also suitable.
The container which is inside the tank 14 is filled with liquid nitrogen, for example by connecting a source of liquefied nitrogen, stored under pressure, to a filling valve 16 and by opening the valve 16, which allows the transfer of liquid nitrogen from the source to the reservoir 14, through a conduit 18. In the event that the source of liquid nitrogen is at a pressure lower than the operating pressure of the reservoir 14, the transfer conduit 18 would be connected to a pump, and additional heat would be added to the pressurized liquid before it is transferred to tank 14.
As indicated above, liquid nitrogen is preferably charged into the tank 14 and stored therein under saturated conditions and at temperatures corresponding to a vapor pressure greater than 0.7 kg / cm 3 of relative pressure, with all liquid and vapor substantially in equilibrium.
A gauge valve and vent device extending into the inner container of reservoir 14 is opened prior to the start of the filling operation and serves to indicate when reservoir 14 is full. At this time, the valve 16 and the device with gauge valve and vent are simultaneously closed.
Preferably, the latter is closed immediately after the filling operation has ceased, so that the vapor pressure inside the tank 14 does not fall below the initial operating pressure.
As, due to the high quality of the insulation, there is no appreciable heat penetration into the inner vessel of the tank 14, the stored nitrogen can only be discharged by the vapor pressure of at least. 0.7 kg / cm2, created at the time of filling.
Thus, any leakage through the device, with gauge valve and vent, due to insufficiently rapid closing of this device, has the effect that the vapor pressure inside the tank 14 is found to be lower than the operating pressure. initial, and as a result, full utilization of the cooling effects of the stored liquefied nitrogen will not be achieved so easily.
It has been observed that at relative operating pressures of less than about 0.7 kglom2, the flow rate of liquid nitrogen leaving the tank 14 decreases markedly, which results in a considerable prolongation of the time required for the cooling of the storage chamber. 11. With respect to the upper temperature limit, the inherent retardation of currently known temperature sensing elements does not allow satisfactory control of the flow rate of liquid nitrogen at relative pressures above about 7 kg! Cm2.
Before a temperature control device could be activated to interrupt the withdrawal of liquid nitrogen at pressures in excess of about 7 kg / cm2, the temperature of the atmosphere in the storage chamber would likely drop too low, possibly at 460 C or even lower. These low temperatures are not ordinarily required and may be unacceptable for some stored products. Further, establishing such temperatures results in wasted cooling effects of liquid nitrogen. For these reasons, the preferred range of operating pressures for this mobile refrigeration installation is between 0.7 and 7 kg / cm2 of relative pressure.
During filling, the vapor pressure is likely to exceed the initial operating pressure. If this occurs, a pressure sensitive switch 20, which communicates with the vapor space of the tank 14 through a conduit 21, actuates a vapor phase valve 22, thereby allowing excess vapor to escape from the tank. tank 14 through line 23 and to join the storage chamber 11. Under normal operating conditions, when the filling operation is completed, the vapor pressure in the tank 14 does not exceed the desired operating pressure, because the penetration of heat through
The insulation mentioned, which would cause this rise in
pressure, is negligible.
However, if the pressure rises too much above the initial operating pressure, pressure relief means 24 allows excess steam to escape if valve 22 is unable to relieve pressure quickly enough. A manometer 24a, connected to the pipe 21, visually indicates the operating pressure prevailing in the reservoir 14.
A liquid discharge duct 25 is connected by one of its ends to the tank 14 and by its other end to a heat exchanger 26 having a surface sufficient for the evaporation of at least 8% of the entering fluid. The heat exchanger 26 comprises a tube extending the entire length of the storage chamber 11, from its front end to its rear end, and placed in the upper part of the chamber. The necessary heat is supplied to the heat exchanger 26 by the ambient atmosphere of the chamber. A liquid-vapor conduit 27 is also provided with a first end connected to the outlet end of conduit 26 and to the rear end of storage chamber 11. An atomization conduit 28, connected to a second end. of the liquid-vapor duct 27, is placed in the upper part of the chamber 11.
The duct 28 extends over the entire length of the chamber 11 and has orifices 29 distributed over its length. These orifices eject separate liquid vapor jets at higher than atmospheric pressure into the storage chamber so that the entire chamber is uniformly cooled below atmospheric temperature. Although the atomization duct 28 and the heat exchanger 25 are placed near the center of the chamber 11, with respect to the transverse direction, they can be placed anywhere in the upper part of this chamber, for example near a side wall.
It is sometimes advantageous to surround the atomization duct 28 with thermal insulation and thermal insulation surrounding the heat exchange ducts 26 and 27 may even be justified to improve their overall behavior and prevent freezing of the products. stored during and after operation of the installation. Good quality insulation would be employed on the atomizing conduit 28 to substantially prevent heat from penetrating to the refrigerant therein and thereby limit the change in density of the fluid in that conduit.
Insulation of poorer quality would be employed on the heat exchange duct 26 and on the connecting duct 27 in order to allow sufficient heat penetration for the evaporation of the desired fraction of the liquid and simultaneously maintain an external temperature above freezing point to prevent the formation of frost on the outer surface and the freezing of adjacent stored products.
The installation further comprises means for regulating the flow of liquefied gas. These means comprise a temperature sensing element 35, for example a bulb, placed inside the storage chamber 11. This bulb 35 is connected by a signal transmitter 36 to a temperature regulator 37, and a transmitter. signal 38 provides communication between the regulator and a liquid phase valve 39 placed in the liquid discharge conduit 25. The flow rate regulating means can be actuated electrically or pneumatically. In the event that a
fault would occur in the electrical or pneumatic network, the installation is provided with means to
direct liquid nitrogen into the storage chamber
11.
An emergency bypass valve 40 can be manually operated, thereby allowing liquid nitrogen to flow through liquid discharge conduit 25, then conduit 42 and from there into the heat exchange conduit. 26, at the junction point with the liquid discharge duct 25.
The refrigeration installation operates as follows.
When the temperature of the atmosphere in the storage chamber 1 1 rises above a determined value, for example - 180 C for frozen foodstuffs or about 1.7o C for fresh products, temperature detected by the 'element 35, a signal emitted by the regulator 37 and transmitted through the conduit 38 opens the valve 39. Liquid nitrogen then flows from the reservoir 14 through the conduit 25 to the heat exchanger conduit 26, where a fraction sufficient of the discharged liquid is evaporated to form a liquid vapor containing at least 8% vapor by weight.
Partial evaporation occurs by heat exchange with the hotter gas surrounding line 26 within chamber 11. This same gas, when cooled, in turn cools the various storage areas or sections uniformly, from the front to the rear of chamber 11.
The liquid vapor thus formed enters the atomization conduit 28, which preferably contains turbulence generating members which intimately mix the refrigerant fluid. The liquid-vapor mixture is atomized through the ports 29 for the refrigeration of perishable products 12 during their transport, these ports preferably being closer to each other in the front and rear end sections of the chamber than in the chamber. the middle section of the chamber. It emerges from the above that the refrigeration is distributed in the storage chamber both by atomization and by convection from the cold surfaces of the heat exchanger duct 26, the liquid-vapor duct 27 and the liquid-vapor duct. atomization 28.
Each time the rear doors 13 are opened to access chamber 11, air at ambient temperature rapidly diffuses into the chamber, displacing the cold atmosphere of the chamber and raising the temperature of the atmosphere of the chamber. bedroom. To prevent the temperature controller 37 from opening the valve 39 under these circumstances, a switch 44 is opened, which interrupts the temperature controller circuit.
The switch 44, which can be manual or automatic, communicates with the temperature regulator 37 by means of a conduit 45 for transmitting a pneumatic or electrical signal. As this refrigeration installation is able to quickly and economically cool the atmosphere of the storage chamber from the outside temperature to any desired low temperature, compatible with the properties of liquid nitrogen, for example - 180 C, it is without further possible to temporarily inactivate the installation while the interior of the chamber is exposed to the external atmosphere.
In the variant of FIG. 6, the rear access doors 13 are the same as in fig. 5, but the heat exchanger 26 connected to the liquid discharge duct 25 comprises coils disposed in front of the storage chamber. Further, the liquid-vapor duct 27 joins the outlet end of the heat exchanger 26 in the front end of the chamber and connects with the atomization duct also at this end. Another feature of FIG. 6 is that the reservoir 14 is rectangular instead of being cylindrical.
In the embodiment of FIG. 7, the access means are constituted by the doors 13 arranged on each side, in the middle section of the chamber 11.
The latter can, for example, be a closed wagon suitable for long stages. The heat exchanger 26 extends from one end of the chamber 11 to the other, then returns halfway, in the middle section, where its point of connection with the duct 27 and the point junction with the atomization duct 28. Thus, the fluid divides and flows from the middle in opposite directions towards the two ends of the chamber 11 to be ejected through the spaced atomization ports 29 of the duct 28 .
As in the other embodiments illustrated, the orifices are preferably closer to each other in the front and rear end sections than in the middle section of the storage chamber for a more even distribution of the mist in the chamber. , because the thermal loads are higher in the end zones and less strong in the middle zone despite the periodic exposure of the latter directly to the ambient environment.
Fig. 8 shows a transport refrigeration installation comprising several liquefied gas tanks 14 interconnected by an intercommunication pipe for the continuous supply of liquid until all the tanks are empty. For example, these tanks can be connected in series as described in US Patent No. 3241580.
Another feature of FIG. 8 resides in the use of a control valve 50 for the partial evaporation of the liquid in the discharge conduit 25. Thus, this partial evaporation of the liquid is achieved by restricting its passage from a first pressure zone greater than the atmospheric pressure at a second pressure zone lower than that of the first zone although still higher than atmospheric pressure. The liquid vapor thus formed enters the atomization duct at the front end of the chamber and flows towards its rear end to be atomized through the orifices 29. For saturated liquid nitrogen as a refrigerant, it is necessary approximately 1.5 kg / cm2 of relative pressure in the tanks 14 to produce 8% vapor at atmospheric pressure.
However, since the relative pressure in line 28 should ordinarily be at least 0.35 kg1cm2 for atomization of the liquid vapor in chamber 11, a relative pressure of about 2kg / cm2 is required in the tank to. the production of at least 8% nitrogen vapor at the inlet of the atomization duct.
Figs. 9 and 10 show a section of the atomizing duct heat exchanger assembly of FIG. 5, with a turbulent flow generator 51 placed in the atomization duct 28. This generator comprises a strip of flat and thin material, twisted into a helix of 30 to 38 cm pitch and introduced into the duct 28. In the installation according to fig. 5, the heat exchanger duct 26 of 25 mm in external diameter has a length of 11 m and communicates with an atomization duct 28 of 19 mm in external diameter which has a length of 11 m. These two conduits extend from one end to the other of a storage chamber for perishable products and are spaced approximately 7 cm apart. The chamber itself at 12.2m long, 2.4m wide and 2.4m high.
The liquid nitrogen tank has a capacity of 1.130 kg and is set so as to deliver the liquid under a relative pressure of 1.05 kg / cm2.
The helical strip 51 can be replaced by other turbulent flow generators, for example by spaced recesses or protrusions, made in the side walls of the atomization duct 28.
Figs. 9 and 10 also show typical positions for the atomizing orifices 29. These orifices are advantageously oriented at an angle a of 0-30O below the horizontal, and preferably of about 20 (>, alternately on each side with respect to the axis of conduit 28. With this orientation, the jets are directed outward and downward, toward the side walls of the storage chamber, from centrally placed conduit 28.
The atomization orifices are dimensioned and spaced so that the quantity of refrigerant ejected by each orifice is sufficient to absorb the thermal load imposed at this location; as mentioned earlier, the heat loads are greater in the ends of the chamber than in the mid section, and it has been found that the most efficient method of matching refrigeration with heat load is to arrange the atomization ports more close to each other in the end sections of the chamber.
In the preferred atomization duct referred to in connection with the embodiment of FIG. 5, the atomizing ports are all 1.5mm in diameter. If we consider the atomization duct of 11 m long as divided into three sections of chosen lengths, there are 5 orifices in the first section, or rear section, comprising 25% of the length, 3 orifices in the second section , or middle section, comprising 30% of the length, and 27 holes in the last section, or front section, comprising the remaining 45% of the length of the atomizing duct. The spacings of the orifices in this particular duct are represented graphically by the curve C of FIG. 2.
For the purposes of this graph, the storage chamber is considered to be divided into eight longitudinal sections. We plotted on the ordinate the percentage of the total area of the atomization ports of the duct for each section of 1/8 length, and on the abscissa the percentage of the total length of the atomization duct, measured from the fluid inlet end in the conduit. The liquid-vapor mixture was introduced through the front end of the storage chamber for curve A and through the rear end of the chamber for curves B and C. For curve A, the atomization duct is a brass pipe of 9.5 mm internal diameter and the atomizing holes are holes 1.6 mu in diameter, drilled in the pipe at 200 tilt below the horizontal, alternately on each side of the pipe.
For curves B and
C, Atomizing ducts are aluminum pipes 19mm outside diameter with holes drilled in a similar manner.
Curve A in fig. 2 shows the conventional distribution of atomization orifices in an atomization duct, the inlet end of the liquid-vapor mixture of which is at the front end, the spacing of the orifices gradually decreasing from the front to the back of the room. Curves B and C in fig. 2 show examples of the distribution of the atomization orifices when a fraction of the liquefied gas is pre-evaporated upstream of the atomization duct, in accordance with the method described. Curve B represents an intermediate distribution of atomization ports and curve C represents the preferred distribution of atomization ports.
For example, in the first eighth of the length of the atomization duct (starting from the refrigerant inlet end), the average fractions of the total area are as follows: curve A = 8.3%, curve B = 11.2% and curve C = 6.9 5to. In the fourth length of the duct (between 37.5% and 50% of the length of the duct), the average fractions of the total area of the atomization orifices are as follows: curve A = 9.8%, curve B = 2% and curve C = 3.5%. In the last length of the duct (between 87.5% and 100% of the length of the duct), the average fractions of the total area of the openings are as follows: curve A = 22.2%, curve B = 32.8 % and curve C = 36.8%.
The difficulty of achieving a uniform temperature distribution with conventional refrigeration chamber installations with a liquid nitrogen atomization duct is illustrated in the graph of FIG. 3 ,, parallel to the higher temperature distribution achievable by the method described. In each case, a rear door type storage chamber was used and liquid nitrogen was atomized through 1.6mm diameter orifices spaced along a single 19mm aluminum duct. outer diameter, placed at the top of the chamber. The orifices are inclined 200 below the horizontal (fig. 10). In each case, a sensing bulb thermostatic element was used to control the flow of liquid nitrogen between the tank and the atomization line (PC).
This bulb was placed near the front end of the chamber for some tests and near the rear end for other tests as shown in fig. 3. In the conventional installation on which curve D is based, liquid nitrogen was discharged directly from the tank at a relative pressure of about 1.7 kg / cm2 and at -1840 C and admitted into the duct. atomization at the rear end of the storage chamber with no more than about 3% evaporation. The distribution of the atomization orifices along the duct was identical to curve A in FIG. 2. The temperature at the control point, ie the temperature of the air space existing in the vicinity of the thermostatic bulb, was approximately - 180 C.
Curve D clearly shows that considerable deviations occur from the control point in the various sections of the storage chamber. For example, the temperature dropped to about ¯25oC near the middle section and rose to about -120C near the far, or rear end of the storage chamber.
On the other hand, the curves E, F and G of FIG. 3 show the improvement achievable by evaporating a sufficient fraction of the liquid nitrogen delivered to form a liquid-vapor mixture containing at least 8% vapor, and by atomizing this fluid through orifices whose area
is distributed along the curve B of FIG. 2. The liquid has been partially evaporated in an uninsulated duct.
extending from the front end to the rear end of the storage chamber, by heat borrowed from the atmosphere of the storage chamber, then introduced into the atomization duct at the rear end of the chamber, as shown in fig. 5. The liquid-vapor mixture feed pipe is 19 mm in diameter in curves E and G and 25 mm in diameter in curve F, with the control point at approximately -180 C for E and F.
For curve G, the control point is at - 40 C. In each case, the average temperature of the air space for curves E,
F and G only varied by about 2.20 C from the control point in the rear part of the storage chamber, which is a marked improvement over the conventional deviation, reaching up to 5.60 C, the temperature of the air space at the rear end (see curve D). However, the difference in air space temperature was only slightly improved in the front end of the storage chamber for curves E and F, compared to curve D.
This limitation has been overcome by the helical mixer of figs. 9 and 10, where the further improved temperature distribution of FIG. 4 was obtained by using a 25 mm outer diameter heat exchanger tube, extending the length of the chamber, and a 19 mm outer diameter atomizing duct with 1.6 mm diameter orifices distributed as represented by the curve C of FIG. 2. As seen in fig. 4, for control points at around 30 C (curve H), - 90 C (curve I) and - 220 C (curve
J), the average air space temperature difference did not exceed about 1.70 C at any point in the storage chamber.
CLAIM I
Process for the preservation of perishable products in a storage chamber, according to which a pressurized refrigerant having a boiling point at atmospheric pressure of less than 290 C is atomized in the storage chamber in the form of separate jets, characterized in that the refrigerant is atomized in the form of a liquid-vapor mixture comprising between 8 and 50% vapor by weight.
SUB-CLAIMS
1. Method according to claim I, characterized in that the liquid-vapor mixture is removed directly from a container of liquid refrigerant.
2. Method according to claim I, characterized in that one uses a liquid refrigerant which is partially evaporated to form the liquid-vapor mixture.
3. Method according to claim I and sub-claim 2, characterized in that the partial evaporation of the liquid refrigerant is carried out by means of heat originating from the ambient medium of the storage chamber.
4. The method of claim I and the sub-income
dication 2, characterized in that the partial evaporation of the liquid refrigerant is carried out by restricting its passage from a pressure zone greater than the pressure
atmospheric to a zone of lower pressure although still higher than atmospheric pressure.
5. The method of claim I, wherein the liquid-vapor mixture is brought into a chamber.
storage areas with areas of loss of
different heat, characterized in that one causes
more liquid-vapor mixture in the zones
losing more heat than other areas.
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