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.
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