EP2630424B1

EP2630424B1 - Installation d'obtention de blocs de réfrigération composés d'une enveloppe en une matière poreuse contenant une masse de neige carbonique enfermée et retenue dans l'enveloppe

Info

Publication number: EP2630424B1
Application number: EP11755407.1A
Authority: EP
Inventors: Cemal ÖZTAS; Dominique Robillard; Jo Algoet
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2031-08-10
Also published as: US20130206282A1; BR112013009742B1; CN103168206B; FR2966575A1; ES2525440T3; JP5866368B2; CA2811263C; EP2630424A1; WO2012052638A1; RU2561746C2; BR112013009742A2; FR2966575B1; RU2013123005A; US9227741B2; AU2011317469A1; CN103168206A; BR112013009742B8; AU2011317469B2; CA2811263A1; JP2013541688A

Description

La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'emballage de neige carbonique dans un film plastique.
Il est connu que les produits congelés, surgelés ou bien frais, notamment alimentaires, qui doivent être maintenus à température dirigée de +2°C à - 20°C voire moins, sans rupture de leur chaîne de froid depuis leur refroidissement, congélation ou surgélation jusqu'à leur utilisation, nécessitent des entrepôts, moyens de transport, et magasins, munis d'installations de réfrigération, qui sont actuellement généralement électriques. Cependant, dans de nombreux cas, il est impossible de transporter les produits sans les sortir de l'installation de réfrigération où ils sont entreposés, et les risques d'une remontée en température sont alors importants, notamment si les conditions climatiques sont défavorables. En vue d'éviter une telle remontée en température lors de leur transport, il est habituel de disposer de tels produits dans un environnement maintenu à température contrôlée dans une enceinte isotherme. La régulation de température est par exemple assurée par la lente sublimation de neige carbonique conditionnée dans des sacs de film plastique perforé. La neige carbonique est un produit relativement peu onéreux qui présente un pouvoir réfrigérant intéressant : 573 kJ/kg de neige. Sa température de -80°C environ assure un temps de conservation au froid des produits relativement long.
Le document EP-717 246 dévoile une installation selon le préambule de la revendication 1. A titre illustratif, on pourra aussi se reporter au document EP-1 186 842 qui décrit un dispositif d'emballage automatique et en continu de neige carbonique dans un film plastique.
On pourra aussi se reporter aux documents FR-2 604 243 , ou EP-823 600 , ou encore US-5 271 233 qui décrivent des blocs de réfrigération enfermant une masse de neige carbonique.
On pourra également se reporter au document EP-1 090 259 , qui décrit un procédé et une installation d'obtention de blocs de réfrigération composés d'une enveloppe en une matière poreuse (capable de supporter des températures basses inférieures au degré Celsius) contenant une masse de neige carbonique enfermée et retenue dans l'enveloppe, l'enveloppe étant élaborée en une matière présentant, indique ce document, une « porosité à l'air comprise entre 100 et 500 m³/m²/mn pour une pression d'air de l'ordre de 196 Pa. », par exemple en polypropylène non tissé.
Une ensacheuse manuelle est donc un équipement permettant, à partir d'une source de CO₂ liquide, de générer, par détente, de la neige carbonique directement dans des sacs en matière poreuse (en général en polypropylène tissé). La quantité de neige peut être adaptée selon le temps d'injection appliqué, et en fonction de la pression d'alimentation en CO₂ liquide. Les équipements disponibles sur le marché s'attachent en général à pouvoir remplir plusieurs sacs simultanément.
Les injecteurs installés sur les ensacheuses manuelles disponibles sont, le plus souvent, réalisés par des tubes percés.
A titre d'exemple, comme l'illustre de façon schématique la figure 1 attachée relative à l'art antérieur, un tube nourrisse, relié en sa partie amont à une source de CO₂ liquide, alimente un ensemble de clarinettes d'injection, chacune en regard d'une alvéole où doit venir se positionner un sac à remplir, et chacune reliée en sa partie amont à une électrovanne (directement ou bien par l'intermédiaire de tubes primaires sur lesquels elles sont soudées).
Sur la longueur de chaque clarinette est usiné un orifice d'injection, et l'on comprend dès lors que pour faire évoluer le débit d'injection, il était nécessaire de démonter l'une ou plusieurs des clarinettes et de modifier (ré-usiner) l'orifice d'injection, ce qui représente une mise en oeuvre compliquée et bien peu flexible.
Cette configuration antérieure assurait en revanche une parfaite rigidité, nécessaire à la mise en place confortable des sacs et au retrait des sacs.
Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une nouvelle installation permettant d'améliorer cette question de flexibilité, et notamment d'atteindre une plus grande facilité de variation des orifices de délivrance selon les besoins de variation de débit du site utilisateur (site qui remplit des sacs).
Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, l'installation proposée par la présente invention comprend :

un ensemble d'au moins deux alvéoles, aptes chacune à accueillir et maintenir un sac à remplir ;
un tube nourrisse, relié en sa partie amont à une source de CO₂ liquide,
un ensemble d'au moins deux clarinettes d'injection, chacune en regard d'une alvéole où doit venir se positionner un sac à remplir, et chacune étant reliée en sa partie amont au tube nourrisse (préférentiellement au travers d'une électrovanne, une électrovanne pour chaque clarinette, le raccord sur l'électrovanne pouvant s'effectuer directement ou bien par l'intermédiaire d'un tube intermédiaire (dit primaire) dont la clarinette est rendue mécaniquement solidaire, par exemple par soudure).
chaque clarinette comporte en une localisation sur sa longueur au moins un orifice d'injection, l'installation se caractérisant en ce que :
l'extrémité de chaque clarinette, opposée à la nourrisse, se présente comme une extrémité obturée, en forme d'embout sensiblement arrondi ;
chaque orifice d'injection, présent sur chaque clarinette, se présente comme un orifice fileté de diamètre D, apte à accueillir une buse d'injection par vissage ;
chaque buse d'injection se présente sous la forme d'une forme au moins partiellement cylindrique (sur au moins une portion de sa longueur), creuse, cylindre creux dont le diamètre extérieur (fileté) est égal audit diamètre D (et donc compatible avec l'orifice d'injection de la clarinette sur laquelle on vient fixer la buse en question), et dont le diamètre intérieur d est comme il se conçoit inférieur à D.

On l'aura compris à la lecture de ce qui précède :

l'embout arrondi facilite l'introduction de la clarinette dans un sachet à remplir ;
les buses d'injection ont un diamètre D, compatible avec celui d'un orifice d'injection d'une des clarinette de l'installation, en revanche on peut disposer d'une batterie de buses d'injection à diamètre intérieur d très varié pour un D donné, ce qui permet de faire varier aisément le débit d'injection selon les besoins du site utilisateur, il suffit pour cela de dévisser une buse donnée, à diamètre intérieur d₁ donné, pour passer à une buse à diamètre d₂ différent, plus faible ou plus élevé, le changement étant immédiat, sans intervention lourde, et a fortiori sans ré-usinage.
Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, chaque clarinette de l'installation ne comprend qu'un seul orifice d'injection fileté en un endroit de sa longueur, mais on peut bien sûr envisager, sans à aucun moment sortir du cadre de l'invention, de disposer sur l'une ou plusieurs des clarinettes de l'installation, de plusieurs orifices d'injection filetés sur la ou les clarinettes considérées.

On préfère en effet la configuration à un seul orifice pour toutes les clarinettes pour minimiser les risques de bouchage par formation de neige, ceci en maintenant une parfaite « continuité de fluide » entre la source de CO₂ et l'unique orifice de chaque clarinette, mais d'autres situations et conditions opératoires pourraient justifier la présence d'une ou plusieurs clarinettes à plusieurs orifices tout en n'entraînant pas de risque de bouchage, par exemple pour affronter de gros débits.

Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, toutes les clarinettes de l'installation sont munies d'un orifice (ou le cas échéant de plusieurs), le diamètre D étant identique pour tous les orifices des clarinettes.

Mais ici encore, on peut envisager, sans à aucun moment sortir du cadre de l'invention, que l'une ou plusieurs des clarinettes de l'installation aient un orifice qui ne soit pas de diamètre fileté D, mais qui soit de diamètre fileté D', plus élevé ou plus faible que D, ce qui permettrait de s'adapter plus facilement à des besoins variables du site utilisateur.
A titre illustratif, selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, tous les orifices filetés de l'installation ont un diamètre D=8 mm, et les buses vissables sont à diamètre intérieur d=4 mm ou 3 mm par exemple.
Mais selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, une ou plusieurs des clarinettes de l'installation sont munies d'un orifice d'injection fileté dont le diamètre est 8 mm, tandis qu'une ou plusieurs des clarinettes de l'installation sont munies d'un orifice d'injection fileté dont le diamètre n'est pas 8 mm mais 10 mm, ce qui permet de leur adapter (visser) des buses de diamètre intérieur de 5 ou 6 mm.
Selon un mode avantageux de mise en oeuvre de l'invention, les buses d'injection vissables se présentent comme un corps cylindrique creux sur seulement une partie de leur longueur, tandis qu'elles présentent une forme évasée de type conique sur le reste de la buse (partie opposée à la partie de la buse entrant dans l'orifice d'injection qui lui correspond), partie basse évasée qui peut alors être extérieurement lisse ou non, l'avantage de cette disposition étant de limiter les risques de visser jusqu'au bout la buse dans l'orifice d'injection fileté avec ensuite des difficultés à extraire la buse quand il convient de la changer.
La présente invention concerne alors une installation d'obtention de blocs de réfrigération composés d'une enveloppe en une matière poreuse contenant une masse de neige carbonique enfermée et retenue dans l'enveloppe, l'installation comprenant :

un ensemble d'au moins deux alvéoles, aptes chacune à accueillir et maintenir une enveloppe à remplir ;
un tube nourrisse, relié en sa partie amont à une source de CO₂ liquide,
un ensemble d'au moins deux clarinettes d'injection, chaque clarinette étant situé en regard d'une alvéole où doit venir se positionner une enveloppe à remplir, et chaque clarinette étant reliée en sa partie amont au tube nourrisse, préférentiellement au travers d'une électrovanne, directement ou bien par l'intermédiaire d'un tube intermédiaire dont la clarinette est rendue mécaniquement solidaire,
chaque clarinette comportant en au moins une localisation sur sa longueur un orifice d'injection,

i) l'extrémité de chaque clarinette, opposée à l'électrovanne, se présente comme une extrémité obturée, en forme d'embout sensiblement arrondi ;
j) chaque orifice d'injection, présent sur une clarinette, se présente comme un orifice fileté de diamètre D donné, apte à accueillir une buse d'injection par vissage ;
k) chaque buse d'injection se présente sous la forme d'une pièce cylindrique sur au moins une partie de sa longueur, cylindre creux dont le diamètre extérieur fileté est égal au diamètre D d'au moins l'un des orifices filetés d'au moins l'une des clarinettes, et dont le diamètre intérieur d est inférieur à D.

D'autres avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés pour lesquels :

la figure 1 est une représentation schématique d'une ensacheuse multi-sacs conforme à l'art antérieur, munie de clarinettes d'injection dans chaque sac (ensacheuse déjà décrite ci-dessus).
la figure 2 est une représentation schématique d'une clarinette d'injection conforme à l'invention, adaptable sur l'installation de la figure 1.
la figure 3 illustre un jeu de buses d'injection conformes à l'invention, à diamètre extérieur D fileté, et à diamètre intérieur d varié (et inférieur à D).
la figure 4 illustre de façon schématique et partielle en section un exemple de buse d'injection qui présente un corps cylindrique creux sur seulement une partie de sa longueur, tandis qu'elle présente une forme évasée de type conique sur le reste de la buse (la partie de la buse opposée à la partie de la buse destinée à entrer dans l'orifice d'injection qui lui correspond).

On reconnait sur la figure 2 une représentation schématique en section d'un mode de réalisation d'une clarinette 10 d'injection conforme à l'invention, adaptable sur l'installation de la figure 1 :

son embout 13 obturé est de forme sensiblement arrondie;
la présence, en une localisation de la clarinette (ici à 85 mm de l'embout arrondi) d'un orifice 12, fileté, unique, de diamètre D donné (par exemple 8 mm), apte à accueillir une buse d'injection par vissage.
cet orifice 12 est en communication de fluide (canalisation interne 11) avec l'électrovanne qui correspond à cette clarinette et dont elle est rendue solidaire (électrovanne non représentée ici pour des raisons de clarté), par exemple par soudage sur une portion de canalisation intermédiaire entre la clarinette 10 et l'électrovanne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, toutes les clarinettes de l'ensacheuse sont conformes à la clarinette de la figure 2 (i.e un seul orifice par clarinette, tous les orifices des clarinettes ont le même diamètre fileté D).
Et précisément, on visualise mieux grâce à la figure 3 un jeu de buses d'injection conformes à l'invention, vissables sur les orifices d'injection des clarinettes de l'ensacheuse, buses à diamètre extérieur D fileté (ici 8 mm), et à diamètre intérieur d varié (par exemple 4 mm, 3 mm, 2 mm, ou par exemple selon un pas de 0,1 mm ...), aptes à être vissées sur l'orifice 12 de chaque clarinette d'injection, aisément et de façon immédiate.
S'il est nécessaire, pour les besoins du site utilisateur, de changer le débit d'injection, il suffit alors de changer de buse, au sein du jeu de buses représenté ici, donc de diamètre d'injection dans le sac, ceci de façon immédiate, sans manipulation lourde, sans soudure etc..., ceci pour l'une seulement ou plusieurs des clarinettes de l'ensacheuse.
On peut signaler que le fait de disposer d'un jeu de buses par pas de 0,1 ou 0,2 mm est très avantageux, car cette configuration facilite le fait de produire la même quantité de neige pour chaque clarinette (écart lié à la perte de charge entre la 1^ière clarinette alimentée et les suivantes), ceci en ajustant au besoin très finement le diamètre interne des buses raccordées de l'une à l'autre des clarinettes (on illustrera ceci plus loin dans la présente demande).
Si les buses d'injection vissables de la figure 3 se présentent comme un simple corps cylindrique creux sur toute leur longueur, comme signalé plus haut on préférera disposer de buses présentant sur une partie de leur longueur cette forme de cylindre creux, mais s'évasant vers le bas dans le reste de la buse, partie basse évasée qui peut alors être lisse ou non, le but de cette disposition étant de limiter les risques de visser jusqu'au bout la buse dans l'orifice fileté avec ensuite des difficultés à extraire la buse quand il convient de la changer (figure 4 ci-après).
On illustre ci-dessous l'invention par des exemples pratiques de mise en oeuvre de l'invention, obtenus dans les conditions opératoires ci-après détaillées.
On a mis en oeuvre une installation du type de celle de la figure 1, à cinq clarinettes, chaque clarinette étant conforme à la figure 2 :

diamètre D = 8 mm
½ sphère du bout arrondi de diamètre 20 mm
diamètre de la canalisation 11 = 5 mm

Le protocole suivi était le suivant :

Séquence :
- Mise en pression de l'installation et purge en gaz (nettoyage des tuyauteries)
- Mise en froid
- Test à vide (sans sac)
- Réglage des buses d (diamètre)
- Réglage du temps d'injection
- Injection
- Pesage
- Réitération des essais
Paramètres testés
- Fonctionnement : absence de bouchage
- Reproductibilité des essais
- Influence du temps d'injection

Sur la base d'un temps d'injection donné (50 s), le réglage des buses est effectué afin de déterminer la configuration optimale pour obtenir une quantité de neige la plus proche possible entre les 5 sacs.
Les conclusions suivantes peuvent être tirées :

on observe une excellente reproductibilité des résultats obtenus dans le réglage suivant au fil de la répétition des essais :
- -- > pression amont : 17 à 20 bars.
- -- > diamètre interne d des cinq buses vissées sur l'orifice D de chacune des 5 clarinettes : respectivement 3,6 mm, 3,6 mm, 3,5 mm, 3,7 mm et 3,7 mm ;
- -- > masse de neige chargée dans chaque sac pour les 50 secondes d'injection : respectivement 3780 g, 3800 g, 3890g, 3830g, et 3720g, d'où un écart de +/- 2% par rapport à la moyenne ce qui est remarquable (débit de neige : voisin de 4,6 kg/mn) ;
on a également pu établir des abaques (pour un réglage de buses d donné et retenu comme étant optimal en termes d'homogénéité entre sacs, comme décrit ci-dessus) de quantité de neige chargée en fonction du temps d'injection (par exemple par pas de 5 à 10 secondes entre un temps de 20 secondes jusqu'à un temps d'injection de 50 secondes) donnant lieu à une droite, les caractéristiques de cette droite étant parfaitement reproductibles au fil de la répétition des essais, ce qui représente un outil extrêmement simple et pratique pour faciliter le travail ultérieur d'un opérateur ;
on aura compris, sans qu'il soit nécessaire de beaucoup insister ici, que l'ensemble de ces essais avec changement à volonté des buses vissables étaient aussi aisés à réaliser seulement grâce à la structure de la machine conforme à l'invention (clarinettes, orifices « D », buses vissables « d » etc...), et qu'il en sera de même dans le travail quotidien d'un opérateur sur une telle machine conforme à l'invention.

Claims

Installation d'obtention de blocs de réfrigération composés d'une enveloppe en une matière poreuse contenant une masse de neige carbonique enfermée et retenue dans l'enveloppe, qui comprend :
- un ensemble d'au moins deux alvéoles, aptes chacune à accueillir et maintenir une enveloppe à remplir;

- un tube nourrisse, apte à être relié en sa partie amont à une source de CO₂ liquide,

- un ensemble d'au moins deux clarinettes d'injection (10), chaque clarinette étant situé en regard d'une alvéole où doit venir se positionner une enveloppe à remplir, et chaque clarinette étant reliée en sa partie amont au tube nourrisse, préférentiellement au travers d'une électrovanne, directement ou bien par l'intermédiaire d'un tube intermédiaire dont la clarinette est rendue mécaniquement solidaire,

- chaque clarinette comportant en au moins une localisation sur sa longueur un orifice d'injection (12),
l'installation se caractérisant en ce que :
i) l'extrémité de chaque clarinette, opposée au tube nourrisse, se présente comme une extrémité obturée, en forme d'embout (13) sensiblement arrondi ;

j) chaque orifice d'injection (12), présent sur une clarinette, se présente comme un orifice fileté de diamètre D donné, apte à accueillir une buse d'injection par vissage ;

k) elle comporte au moins deux buses d'injection, chaque buse d'injection se présentant sous la forme d'une pièce cylindrique sur au moins une partie de sa longueur, cylindre creux dont le diamètre extérieur fileté est égal au diamètre D d'au moins l'un des orifices filetés d'au moins l'une des clarinettes, et dont le diamètre intérieur d est inférieur à D.
Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que toutes les clarinettes de l'installation ne sont munies chacune que d'un seul orifice d'injection fileté.
Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'une ou plusieurs des clarinettes de l'installation sont munies de plus d'un orifice d'injection filetés.
Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diamètre D est identique pour tous les orifices d'injection filetés des clarinettes de l'installation.
Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le diamètre D des orifices filetés des clarinettes de l'installation ne sont pas tous identiques.
Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les buses d'injection vissables se présentent comme un corps cylindrique creux toute leur longueur.
Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les buses d'injection vissables se présentent comme un corps cylindrique creux sur seulement une partie de leur longueur, tandis qu'elles présentent une forme évasée de type conique sur le reste de la buse i.e la partie de la buse opposée à la partie de la buse apte à entrer dans l'orifice d'injection qui lui correspond.