EP2652419A1 - Méthode de gestion de l'alimentation en liquide cryogénique d'un camion de transport de produits thermosensibles fonctionnant en injection indirecte - Google Patents

Méthode de gestion de l'alimentation en liquide cryogénique d'un camion de transport de produits thermosensibles fonctionnant en injection indirecte

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EP2652419A1
EP2652419A1 EP11785732.6A EP11785732A EP2652419A1 EP 2652419 A1 EP2652419 A1 EP 2652419A1 EP 11785732 A EP11785732 A EP 11785732A EP 2652419 A1 EP2652419 A1 EP 2652419A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
truck
exchanger system
products
cryogenic liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11785732.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Celso Zerbinatti
Dominique Jouvaud
Géraldine Rames-Langlade
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP2652419A1 publication Critical patent/EP2652419A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F25B41/24—Arrangement of shut-off valves for disconnecting a part of the refrigerant cycle, e.g. an outdoor part
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00—Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
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    • F25B19/00—Machines, plants or systems, using evaporation of a refrigerant but without recovery of the vapour
    • F25B19/005—Machines, plants or systems, using evaporation of a refrigerant but without recovery of the vapour the refrigerant being a liquefied gas
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    • F25B2500/221—Preventing leaks from developing
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    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87917—Flow path with serial valves and/or closures

Definitions

  • the present invention relates to the field of refrigerated transport of thermosensitive products, such as pharmaceuticals and food products, in refrigerated trucks.
  • Refrigerated transport is an essential link in the cold chain, and the reliability of this link is based on the quality of cooling that can be offered by the refrigeration system on the truck during all the stages involved in the process. this link, from the loading of the products until their delivery to the final destination.
  • the refrigeration installations of the trucks are capable of maintaining, in one or some of the isolated chambers of the truck, an adequate temperature, typically between -1 0 and -25 ° C for the products. frozen, and typically between 0 and 12 ° C for fresh products, this during all the stages undergone.
  • cryogenic liquids as a source of refrigerant.
  • CTD direct injection
  • a cryogenic liquid such as liquid nitrogen
  • This simple process generates a risk of anoxia for the driver during the loading or unloading of the rooms because the nitrogen is injected directly into the chambers and therefore reduces the oxygen concentration of the atmosphere.
  • Security management then requires complex physical and logical barriers, but which can nevertheless be of low reliability.
  • the liquid nitrogen introduced into the exchangers thus frees frigories by passing into the gaseous state and then escapes outside the truck.
  • the liquefied nitrogen is never injected directly into the chambers; the chamber remains filled with air throughout the operation, the risk of anoxia is significantly reduced or not theoretically (subject to leakage).
  • valves called "all or nothing" (TOR in what follows), ie which are either 100% open or 100% closed, both the entrance to the truck (to be more precise upstream of the cold storage of the products, the digital valve is located outside this chamber, outside the truck) that the gas outlet of the truck (downstream of the cold room storage products).
  • the nitrogen consumption of the process is therefore directly related to the flow rate of nitrogen capable of passing through the exchangers and into the supply circuit (capacity which is therefore not an adjustable parameter) and to the duration of opening of the valves. .
  • One of the objectives of the present invention is then to propose a new management of the cryogen supply of such an indirect injection process, in particular making it possible to optimize the quantity of cryogen (for example of liquid nitrogen) required for lowering the internal air temperature to the chambers below a required setpoint, and maintaining these conditions during the various required transport phases.
  • cryogen for example of liquid nitrogen
  • the present invention proposes the implementation, at the output of the circuit (downstream of the exchanger or exchangers) of an analog valve, normally open, which allows the opening, closing and the regulation of the quantity of fluid supplying the exchangers (proportional valve, solenoid valve or even Mass Flow Regulator (RDM) even if the RDMs represent expensive devices .
  • an analog valve normally open
  • the regulation of the quantity of cryogen, for example of liquid nitrogen, supplying such a CTI process is today carried out using at least two on-off valves (TOR) 1 and 6, one input and one output, the method then comprises at least the following elements, seen in the following order: a liquid nitrogen tank (not shown on the FIG. 1), a normally closed, one-input, digital valve 1 which allows the cryogen, for example nitrogen, to be supplied to the circuit;
  • a liquid nitrogen tank not shown on the FIG. 1
  • a normally closed, one-input, digital valve 1 which allows the cryogen, for example nitrogen, to be supplied to the circuit
  • Ventilation systems (not shown in the figure for the sake of clarity but they will be better seen in the context of Figure 2 attached) positioned at the exchangers whose flow rates are regulated, to intensify the heat exchange between the room air and heat exchangers (sucking the air through the heat exchangers and forcing to be in contact with the exchangers) and to homogenize the temperature of the air internal to the chamber.
  • a temperature sensor (T1) controls the opening and closing of the digital input valve 1; it is located for example at the entrance of the air path in the exchangers and measures the air temperature of the chamber before cooling in the exchangers.
  • a new supply circuit comprising, for example, a normally closed input digital valve, heat exchangers, a normally open digital output valve, etc. (an example of a two-chamber and position of the temperature probes is shown in Figure 2 attached).
  • Refrigeration in the previous TOR mode typically takes place in two phases:
  • the operation of the CTI process in this discrete mode is typically the following: when the measured temperature T1 is greater than the set temperature, the inlet valve 1 opens (the outlet valve 6 is already open by default) thus allowing the supply of exchangers in cryogen. The liquid nitrogen transforming into gas releases frigories which are absorbed by the air in contact with these exchangers. The fans recover this cooled air to circulate it in the room. Nitrogen gas is then released outside the chamber into the surrounding atmosphere. When the measured temperature T1 reaches the set temperature, the inlet valve 1 closes, thus stopping the supply of the exchangers in cryogen and thus the cooling of the air internal to the chamber. The reduction of the temperature of the chamber and its maintenance are obtained by opening and closing cycles of the valve 1.
  • the frequency and duration of opening of the valve 1 will be higher during the fast descent phase than during the control / regulation phase.
  • the rate of cryogen introduced into the heat exchangers will depend solely on the nitrogen pressure of the tank and the pressure drops of the various components of the installation. Therefore, this cryogen flow rate is related to the system design and is, for a given installation, identical to each valve opening and this whatever the phase of the process.
  • the nitrogen flow rate is not adjustable, the amount of nitrogen is not optimized; which leads to overconsumption of nitrogen.
  • the inlet valve 1 when the inlet valve 1 is closed, the nitrogen which is upstream of this valve, heats up and leads to an increase in the pressure of the tank. When the inlet valve opens again, a portion of the nitrogen will be used to cool the nitrogen supply line; which reduces the thermal efficiency of the evaporators.
  • the high pressure of the nitrogen in the tank will cause at each cycle of opening and closing of the valve a significant fluctuation of the pressure of the nitrogen inside the pipe.
  • One of the objectives of the present invention is then to propose a new management of the cryogen supply of such an indirect injection process, in particular making it possible to provide a solution to the disadvantages of the prior art described above, and in particular to allow detection of gas leaks occurring at the onset of the lowest levels of leakage.
  • the invention thus relates to a method for managing the supply of cryogenic liquid to a truck for transporting thermosensitive products, a truck implementing a method implementing said cryogenic liquid for transferring frigories to products, a process of the so-called indirect injection type.
  • the liquid is sent into a heat exchanger system located inside the truck, where it evaporates, the transfer of cold to the products passing through an exchange between the atmosphere surrounding the products and the cold walls of the cooling system.
  • heat exchanger characterized in that the exchanger system is supplied with cryogenic liquid by the implementation of the following measures:
  • FIG. 1 is a partial schematic representation of a CTI installation according to current practice (prior art).
  • Figure 2 is a schematic representation of the inner body to a transport truck according to the prior art, here comprising two product storage chambers, and in particular to better visualize the operation of the exchangers and the position of temperature sensors T1.
  • FIG. 3 is a partial schematic representation of a CTI installation according to the present invention.
  • FIG. 2 makes it possible to visualize the detail of an example of an internal box with a transport camera (in side view), here comprising two product storage chambers (for example a chamber for products). fresh and another room for frozen products), and in particular to better visualize the operation of the exchangers and the position of temperature sensors T1 for the mode exemplified here.
  • each chamber upstream of a normally closed (“NC") inlet digital valve, each chamber is equipped with heat exchangers (vertical for chamber 1, horizontal at the top of chamber for chamber 2), where the cryogen circulates from the tank located under the truck, the gas streams obtained at the outlet of each chamber are sent to a collection pipe, here provided with a single normally open (“NO”) exit valve.
  • N normally closed
  • NO normally open
  • each chamber there is a temperature sensor (T1) which manages the opening and closing of each digital input valve; she is placed :
  • the probe thus measuring the temperature of the air in the chamber before cooling in the exchangers;
  • FIG. 3 which illustrates, in partial view, an embodiment according to the invention, the following elements, seen in the following order:
  • a liquid nitrogen tank (not shown in FIG. 3), a normally closed, one-way, digital valve 1 which allows the cryogen, for example nitrogen, to be supplied to the exchanger system 3 (constituted for this mode of realization of several vertical exchangers in parallel, but this is only one of the many configurations of exchangers commonly used in this industry);
  • cryogen for example nitrogen
  • a proportional analog valve 10 normally open, which allows the opening, closing and regulation of the feed of the exchangers 3;
  • the management of the cryogen feed of the exchangers here also comprises two phases:
  • the power management is based on the percentage of opening of the proportional valve 10, as a function of the air temperature of the chamber (T1) and the desired set temperature (Tset).
  • the proportional valve 10 is then commanded to open (opening percentage close to 100%), the evaporators are then supplied with nitrogen at a maximum flow rate and release frigories which are absorbed by the air in the chamber. Then, as T1 approaches TcSign, we order the valve proportional to close, little by little, thus controlling the amount of liquid nitrogen introduced into the evaporators and thus the amount of frigories.
  • the percentage of the proportional valve is adjusted so as to maintain T1 at the desired value.
  • data acquisition and processing means for example an automaton
  • data acquisition and processing means to acquire all the necessary data (and in particular the pressure, temperature, internal to the chamber etc ..) and to feedback by giving orders to the system, in particular to close such or such valve, or to vary the rate of opening of the valve 10.
  • the amount of liquid nitrogen introduced into the evaporators is controlled as a function of the internal temperature of the chamber, which optimizes the nitrogen consumption of the CTI process.
  • This optimized mode of regulation remains simple to implement, inexpensive, not very bulky (thus easy to integrate into an existing installation) while guaranteeing the thermal performances required to guarantee the cold chain.
  • the leak tests of an installation such as that of FIG. 3 use the two digital valves 1 and 1 1, according to detection procedures that are otherwise conventional for those skilled in the art, where the portion of installation between the two digital valves, and where the possible pressure drop occurring is observed, this according to protocols that may vary, such as those caused by the brain (PLC) governing the process control of the installation, for example (purely illustrative):
  • the invention therefore recommends the implementation, downstream of the exchanger system, of a proportional, normally open analog valve.
  • an "intelligent" digital valve that is to say for example equipped with either a PID regulation, ie a calibrated orifice.
  • a PID control on a digital valve will optimize the frequency of opening and closing of the valve but the delivered cryogen flow will remain the same for each opening, it can not be varied.
  • the calibrated orifice it will limit the rate of cryogen delivered, but again it will not allow to vary it will not allow any optimization.

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Abstract

L'invention concerne une méthode de gestion de l'alimentation en liquide cryogénique d'un camion (20) de transport de produits thermosensibles, camion mettant en œuvre un procédé mettant en œuvre ledit liquide cryogénique pour transférer des frigories aux produits, procédé du type dit à injection indirecte où le liquide est envoyé dans un système d'échangeur thermique situé à l'intérieur du camion, où il s'évapore, le transfert de froid aux produits passant par un échange entre l'atmosphère environnant les produits et les parois froides du système d'échangeur thermique, se caractérisant en ce que le système d'échangeur est alimenté en liquide cryogénique par la mise en œuvre des mesures suivantes: - on dispose, en amont du système d'échangeur, d'une vanne tout ou rien amont (1), normalement fermée; - on dispose, en aval du système d'échangeur, d'une vanne anagogique proportionnelle (10), normalement ouverte; - on dispose, en aval de la vanne analogique, d'une vanne tout ou rien aval (11), normalement ouverte.

Description

Méthode de gestion de l'alimentation en liquide cryogénique d'un camion de transport de produits thermosensibles fonctionnant en injection indirecte La présente invention concerne le domaine du transport frigorifique de produits thermosensibles, tels les produits pharmaceutiques et les produits alimentaires, en camions frigorifiques.
Le transport frigorifique est un maillon incontournable de la chaîne du froid on l e sa it , et l a fiabilité de ce maillon repose sur la qualité de refroidissement que peut offrir le système de production de froid embarqué sur le camion et ceci pendant toutes les étapes intervenant dans ce maillon, depuis le chargement des produits jusqu'à leur livraison à la destination finale.
A titre illustratif, il est donc impératif que les installations frigorifiques des camions soient capables de mainten ir, dans une ou certaines des chambres isolées d u cam ion , une tem pérature adéquate, typiquement comprise entre -1 0 et -25°C pour les produits surgelés, et typiquement comprise entre 0 et 12°C pour les produits frais, ceci pendant toutes les étapes subies.
Les groupes de production de froid les plus répandus aujourd'hui dans le transport frigorifique par camion sont des groupes frigorifiques dont le fonctionnement est basé sur la technologie du cycle à compression de vapeur. Ces groupes frigorifiques utilisent un fluide frigorigène qui, par un cycle de compression/détente, génère des frigories qui sont envoyées dans la chambre par des ventilateurs. Un moteur thermique utilisant du carburant permet d'apporter l'énergie nécessaire pour la mise en route du compresseur du système. Ces groupes de production de froid très couramment employés présentent néanmoins les inconvénients suivants:
1 ) la présence de pièces en mouvement conduit à des pannes fréquentes; ce qui réduit la rentabilité du système
2) ils génèrent des nuisances sonores non négligeables
3) ils utilisent des combustibles fossiles et par conséquent, émettent des quantités importantes de CO2. Mais de nouvelles techniques plus respectueuses de l'environnement sont apparues sur le marché ; il s'agit de procédés utilisant des liquides cryogéniques comme source de fluide réfrigérant. Ainsi, des sociétés commercialisent le procédé dit « à injection directe » (on dit aussi CTD dans cette industrie) dans lequel un l iquide cryogénique tel l'azote liqu ide est pulvérisé directement dans la ou les chambres à refroidir. Ce procédé simple, génère cependant un risque d'anoxie pour le conducteur lors du chargement ou du déchargement des chambres car l'azote est injecté directement dans les chambres et rédu it par conséquent la concentration en oxygène de l'atmosphère. La gestion de la sécurité requière alors des barrières physique et logique complexes, mais qui peuvent s'avérer néanmoins de faible fiabilité.
D'autres acteurs de ce domaine proposent un autre procédé d it « à injection indirecte » (on dit aussi CTI dans cette industrie) qui met en œuvre dans le camion (dans l'espace de stockage des produits) un ou plusieurs échangeur(s) thermiques, d an s l esquels circule un flu ide cryogén ique tel l'azote liquide, l'enceinte étant par ailleurs munie d'un système de circulation d'air (ventilateurs) mettant en contact cet air avec les parois froides de l'échangeur, ce qui permet ainsi de refroidir l'air interne à l'espace de stockage des produits.
L'azote liquide introduit dans les échangeurs libère ainsi des frigories en passant à l'état gazeux puis s'échappe à l'extérieur du camion. Dans ce procédé, l'azote l iqu ide n'est ainsi jamais injecté directement dans les chambres ; la chambre reste remplie d'air pendant toute l'opération, le risque d'anoxie est donc considérablement réduit voire inexistant théoriquement (sous réserve de fuites).
Cependant, l'utilisation de ce procédé, bien qu'étant plus sécurisant que le précédent se révèle plus complexe à mettre en œuvre et peut nécessiter généralement des consommations d'azote plus élevées pour atteindre des performances techniques équivalentes.
A l'heure actuelle, dans les procédés existant d'injection indirecte, l'admission de la quantité d'azote nécessaire à l'abaissement de la température de la chambre et au maintien de cette température dans le temps est gérée par des vannes dites « tout ou rien » (TOR dans ce qui suit), c'est à dire qui sont soit 100% ouvertes, soit 100% fermées, tant à l'entrée vers le camion (pour être plus précis en amont de la chambre froide de stockage des produits, la vanne TOR se trouve en dehors de cette chambre, en dehors du camion) qu'en sortie de gaz du camion (en aval de la chambre froide de stockage des produits). La consommation d'azote du procédé est donc directement liée au débit d'azote capable de passer dans les échangeurs et dans le circuit d'alimentation (capacité qui n'est donc pas un paramètre ajustable) et à la durée d'ouverture des vannes.
Or on l'a vu plus haut le procédé CTI est un procédé complexe, dont l'efficacité dépend des échanges thermiques organisés avec l'air ambiant interne à l'enceinte. L'utilisation de vannes TOR ne contribue pas à permettre l'optimisation des phénomènes.
Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une nouvelle gestion de l'alimentation en cryogène d'un tel procédé d'injection indirecte, permettant notamment d'optimiser la quantité de cryogène (par exemple d'azote liquide) nécessaire à l'abaissement de la température de l'air interne aux chambres en deçà d'une consigne requise, et au maintien de ces conditions durant les différentes phases requises du transport.
Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, la présente invention propose la mise en œuvre, en sortie de circuit (en aval du ou des échangeurs) d'une vanne analogique, normalement ouverte, qui autorise l'ouverture, la fermeture et la régulation de la quantité de fluide alimentant les échangeurs (vanne proportionnelle, électrovanne, voire Régulateur de Débit Massique (RDM) même si les RDM représentent des dispositifs coûteux....).
Mais détaillons tout d'abord dans ce qui suit le fonctionnement actuel de tels transports frigorifiques utilisant une injection indirecte (CTI), et notamment le fonctionnement des vannes TOR qui actuellement sont présentes à l'entrée dans le circuit (en amont des échangeurs) et à la sortie du circuit (en aval des échangeurs), ceci afin de mieux en comprendre les inconvénients.
La description suivante sera faite en liaison avec la figure 1 ci-après annexée, qui est une représentation schématique partielle d'une telle installation CTI conforme à la pratique actuelle (art antérieur).
Comme mentionné ci-dessus, la régulation de la quantité de cryogène, par exemple d'azote liquide, alimentant un tel procédé CTI (chambre 20 interne au camion, équipée d'échangeurs 3) se fait aujourd'hui à l'aide d'au moins deux vannes tout ou rien (TOR) 1 et 6, une en entrée et une en sortie, le procédé comprend alors au moins les éléments suivants, vus dans l'ordre suivant : un réservoir d'azote liquide (non représenté sur la figure 1 ), - une vanne TOR 1 en entrée, normalement fermée, qui autorise l'alimentation en cryogène, par exemple en azote, du circuit ;
un moyen de répartition de l'azote liquide (par exemple de type clarinette, « 2 » sur la figure),
des évaporateurs 3 (ou échangeurs thermiques) internes au camion,
une clarinette 4 de collecte de l'azote gazeux sortant des échangeurs,
un capteur de pression 5,
une vanne TOR 6 en sortie, normalement ouverte,
- une canalisation de diamètre donné qui relie ces éléments.
Dans la chambre 20 on trouve de plus :
des systèmes de ventilations (non représentés sur la figure pour des raisons de clarté mais on les visualisera mieux dans le cadre de la figure 2 annexée) positionnés au niveau des échangeurs dont les débits sont régulés, permettant d'intensifier les échanges thermiques entre l'air ambiant de la chambre et les échangeurs (en aspirant l'air au travers des échangeurs et en le forçant à être en contact avec les échangeurs) et d'homogénéiser la température de l'air interne à la chambre.
Une sonde de température (T1 ) gère l'ouverture et la fermeture de la vanne d'entrée TOR 1 ; elle est située par exemple en entrée du parcours de l'air dans les échangeurs et mesure la température de l'air de la chambre avant son refroidissement au sein des échangeurs.
Pour chaque chambre supplémentaire, on ajoute un nouveau circuit d'alimentation comprenant par exemple une vanne TOR en entrée normalement fermée, des échangeurs thermiques, une vanne TOR de sortie normalement ouverte etc.... (un exemple de situation à deux chambres et de position des sondes de température est illustré grâce à la figure 2 annexée).
La réfrigération dans le mode TOR antérieur se déroule typiquement en deux phases :
1 - Au démarrage ou après une ouverture de porte, on adopte un mode de descente rapide en température.
2- Une fois la température de consigne atteinte (sonde T1 dans la chambre), on adopte un mode de contrôle/régulation qui permet de maintenir la température de la chambre à la valeur de la consigne.
Le fonctionnement du procédé CTI en ce mode TOR est typiquement le suivant : lorsque la température T1 mesurée est supérieure à la température de consigne la vanne d'entrée 1 s'ouvre (la vanne de sortie 6 étant par défaut déjà ouverte) permettant ainsi l'alimentation des échangeurs en cryogène. L'azote liquide se transformant en gaz libère des frigories qui sont absorbées par l'air en contact avec ces échangeurs. Les ventilateurs récupèrent cet air refroidi pour le faire circuler dans la chambre. L'azote gazeux est ensuite rejeté à l'extérieur de la chambre dans l'atmosphère environnante. Lorsque la température T1 mesurée atteint la température de consigne, la vanne d'entrée 1 se ferme, arrêtant ainsi l'alimentation des échangeurs en cryogène et donc le refroidissement de l'air interne à la chambre. La réduction de la température de la chambre et son maintien sont obtenus par des cycles d'ouverture et de fermeture de la vanne 1 . La fréquence et la durée d'ouverture de la vanne 1 seront plus élevées lors de la phase de descente rapide que lors de la phase de contrôle/régulation. Lorsque la vanne 1 s'ouvre, quelle que soit la phase considérée, le débit de cryogène introduit dans les échangeurs thermiques dépendra uniquement de la pression d'azote du réservoir et des pertes de charge des différents composants de l'installation. Par conséquent, ce débit de cryogène est l ié à la conception du système et est, pour une installation donnée, identique à chaque ouverture de vanne et ceci quelle que soit la phase du procédé.
En d'autres termes, le débit d'azote n'étant pas ajustable, la quantité d'azote n'est pas optimisée ; ce qui entraîne une surconsommation d'azote.
Ce flux discontinu d'azote et le temps de réaction d'ouverture et de fermeture de la vanne conduisent également à une amplitude élevée de la température de l'air de la chambre ; ce qui n'est pas satisfaisant.
De plus, lorsque la vanne d'entrée 1 est fermée, l'azote qui se trouve en amont de cette vanne, se réchauffe et conduit à une augmentation de la pression du réservoir. Lorsque la vanne d'entrée s'ouvre de nouveau, une partie de l'azote va être utilisé pour refroidir la canalisation d'alimentation d'azote ; ce qui réduit le rendement thermique des évaporateurs.
D'autre part, la pression élevée de l 'azote dans le réservoir va provoquer à chaque cycle d'ouverture et de fermeture de la vanne une fluctuation importante de la pression de l'azote à l'intérieur de la canalisation.
Or, cette fluctuation présente un inconvénient majeur en termes de sécurité et plus particulièrement au niveau de la détection de fuites d'azote dans la chambre. Comme déjà mentionné, dans ce procédé CTI, l'azote n'est pas injecté dans les chambres mais est véhiculé dans des canal isations courant de la source d'azote liquide aux évaporateurs et des évaporateurs à l'échappement vers l 'extérieur; les évaporateurs et une partie de ces canalisations se trouvant à l'intérieur des chambres, le risque d'anoxie est alors lié uniquement à l'apparition d'une fuite d'azote dans la chambre provenant par exemple soit d'une rupture franche, soit d'une rupture partielle de ces canalisations, soit encore d'un raccord ou d'une soudure fuyards. L'apparition d'une fuite est aujourd'hui détectée par une chute de la pression (mesurée par exemple à l'aide du capteur de pression 5 placé en aval des échangeurs) qui entraîne automatiquement l'arrêt du procédé en fermant la vanne d'entrée 1 . Cependant, du fait que la pression de l'azote gazeux fluctue du fait de l'utilisation d'une vanne d'entrée de type TOR, et pour éviter d'arrêter le système inopinément, de façon intempestive, injustifiée, la détection de la fu ite par une chute de la pression ne se fait couramment qu'à partir d'une certaine diminution de la pression. On le voit donc, l'utilisation de vannes TOR implique une variation de la pression telle que seules les fuites d'un certain débit pourront être détectées ; les fuites d'un débit inférieur ne pourront pas être détectées alors qu'elles peuvent également entraîner une réduction de la teneur en oxygène dans la chambre et conduire à un risque d'anoxie. Dans le procédé CTI en mode TOR, la détection de fuites est donc peu efficace, peu réactive et peu précise.
Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une nouvelle gestion de l'alimentation en cryogène d'un tel procédé d'injection indirecte, permettant notamment d'apporter une solution aux inconvénients de l'art antérieur décrits ci-dessus, et notamment de permettre une détection des fuites de gaz intervenant dès l'apparition de niveaux les plus faibles de fuites.
L'invention concerne alors une méthode de gestion de l'alimentation en liquide cryogénique d'un camion de transport de produits thermosensible, camion mettant en œuvre un procédé implémentant ledit liquide cryogénique pour transférer des frigories aux produits, procédé du type dit à injection indirecte où le liquide est envoyé dans un système d'échangeur thermique situé à l'intérieur du camion, où il s'évapore, le transfert de froid aux produits passant par un échange entre l'atmosphère environnant les produits et les parois froides du système d'échangeur thermique, se caractérisant en ce que le système d'échangeur est alimenté en liquide cryogénique par la mise en œuvre des mesures suivantes :
- on dispose, en amont du système d'échangeur, d'une vanne tout ou rien amont, normalement fermée ; - on dispose, en aval du système d'échangeur, d'une vanne analogique proportionnelle, normalement ouverte ;
- on dispose, en aval de la vanne analogique, d'une vanne tout ou rien aval, normalement ouverte.
D'autres caractéristiques et 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 partielle d'une installation CTI conforme à la pratique actuelle (art antérieur).
la figure 2 est une représentation schématique de la caisse interne à un camion de transport selon l'art antérieur, comportant ici deux chambres de stockage de produits, et permettant notamment de mieux visualiser le fonctionnement des échangeurs et la position des sondes de température T1 .
la figure 3 est une représentation schématique partielle d'une installation CTI conforme à la présente invention. On a déjà décrit en détail ci-dessus le mode de la figure 1 , pour expliquer le fonctionnement et les inconvénients des modes de fonctionnement actuels du CTI à bases de vannes TOR en entrée et en sortie, on n'y reviendra donc pas ici. La figure 2 permet quant à elle de m ieux visual iser le détail d'un exemple de caisse interne à un cam ion de transport (en vue de coté), comportant ici deux chambres de stockage de produits (par exemple une chambre pour des produits frais et une autre chambre pour des produits congelés), et permettant notamment de mieux visualiser le fonctionnement des échangeu rs et la position des sondes de température T1 pour le mode exemplifié ici. Pour chaque chambre on dispose en amont d'une vanne TOR en entrée, normalement fermée (« NF »), chaque chambre est munie d'échangeurs thermiques (verticaux pour la chambre 1 , horizontaux en haut de caisse pour la chambre 2), où circule le cryogène en provenance du réservoir situé sous le camion, les flux de gaz obtenus en sortie de chaque chambre sont envoyés vers une canalisation de rassemblement, munie ici d'une unique vanne TOR de sortie normalement ouverte (« NO »).
Et on visualise bien ici un mode de réalisation où dans chaque chambre on d ispose d'une sonde de température (T1 ) qui gère l'ouverture et la fermeture de chaque vanne d'entrée TOR; elle est située :
- pour la chambre 1 en entrée du parcours de l'air dans les échangeurs (les ventilateurs 21 étant situés de l'autre coté des échangeurs et aspirant vers eux l'air au travers des échangeurs), la sonde mesurant donc la température de l'air de la chambre avant son refroidissement au sein des échangeurs ;
- pour la chambre 2 ici encore en entrée du parcours de l'air dans les échangeurs considérés i.e. sensiblement au niveau des ventilateurs 21 qui ici poussent l'air à l'intérieur des échangeurs.
On reconnaît sur la figure 3, qui illustre, elle, en vue partielle un mode de réalisation conforme à l'invention, les éléments suivants, vus dans l'ordre suivant :
un réservoir d'azote liquide (non représenté sur la figure 3), une vanne TOR 1 en entrée, normalement fermée, qui autorise l'alimentation en cryogène, par exemple en azote, du système d'échangeur 3 (constitué pour ce mode de réalisation de plusieurs échangeurs verticaux en parallèle, mais ceci n'est qu'une des nombreuses configurations d'échangeurs pratiquées couramment dans cette industrie) ;
un moyen de répartition de l'azote liquide (par exemple de type clarinette, « 2 » sur la figure),
- les évaporateurs 3 (ou échangeurs therm iques) internes au camion, u ne clarinette 4 de col lecte de l'azote gazeux sortant des échangeurs,
un capteur de pression 5,
une vanne analogique proportionnelle 10, normalement ouverte, qui autorise l'ouverture, la fermeture et la régulation de l'alimentation des échangeurs 3 ;
u n e v a n n e TO R 1 1 e n so rt i e (en aval de la vanne proportionnelle), normalement ouverte,
une canalisation de diamètre donné qui relie ces éléments.
On ne redétaillera pas ici les systèmes de ventilation positionnés au niveau des échangeurs ainsi que la présence de la sonde de température (T1 ) apte à mesurer la température de l'air interne à la chambre de stockage des produits.
Selon l'un des modes de mise en œuvre de la présente invention, la gestion de l'alimentation en cryogène des échangeurs comporte ici aussi deux phases :
1 - un mode de descente rapide en température, typiquement au démarrage ou après une ouverture de porte,
2- un mode de contrôle/régulation : une fois la température de consigne atteinte (sonde T1 dans la chambre), mode qu i permet de ma inten ir la température de la chambre à la valeur de la consigne.
La gestion de l'alimentation est basée sur le pourcentage d'ouverture de la vanne proportionnelle 10, en fonction de la température de l'air de la chambre (T1 ) et de la température de consigne recherchée (Tconsigne).
Lors de la phase de descente rapide en température, la température mesurée (T1 ) est nettement supérieure à la consigne (Tconsigne), on ordonne alors à la vanne proportionnelle 10 de s'ouvrir (pourcentage d'ouverture proche de 1 00%), les évaporateurs sont alors al imentés en azote avec un débit maximal et libère des frigories qui sont absorbées par l'air de la chambre. Puis, au fur et à mesure que T1 s'approche de Tconsigne, on ordonne à la vanne proportionnelle de se fermer, petit à petit, contrôlant ainsi la quantité d'azote liquide introduit dans les évaporateurs et donc la quantité de frigories.
Puis, en phase de contrôle/régulation, lorsque T1 a atteint la Tconsigne, le pourcentage de la vanne proportionnelle s'ajuste de façon à maintenir T1 à la valeur souhaitée.
Sans qu'il soit nécessaire de détailler plus avant, on utilise ici des moyens d'acquisition et de traitement de données (par exemple un automate...), pour acquérir toutes les données nécessaires (et notamment les données de pression, de température interne à la chambre etc .. ) et pour retroagir en donnant des ordres au système, notamment pour fermer telle ou telle vanne, ou pour faire varier le taux d'ouverture de la vanne 10.
On contrôl e don c l a q u a ntité d 'azote liquide introduit dans les évaporateurs en fonction de la température interne à la chambre ce qui permet d'optimiser la consommation d'azote du procédé CTI.
Ce mode de régulation optimisée reste simple à mettre en œuvre, peu coûteux, peu volumineux (donc facile à intégrer à une installation existante) tout en garantissant les performances thermiques requises pour garantir la chaîne du froid.
La régulation présentée ici présente par ailleurs les avantages suivants :
- elle permet de détecter des fuites plus petites et donc d'assurer un meilleur niveau de sécurité ;
- elle permet d'accroître la flexibilité du procédé et plus particulièrement celle de la phase de descente rapide.
Détaillons dans ce qui suit les raisons de tels avantages.
- En effet, le fonctionnement de cette régulation étant basé sur le pourcentage d'ouverture de la vanne 10, le flux d'azote dans le circuit d'al imentation des évaporateurs est quasi continu, et par conséquent, la pression dans le circuit est beaucoup plus stable (par rapport à ce que nous avions signalé plus haut dans la description de l'art antérieur). Ainsi, la détection d'une fuite par une chute de pression (comme expliqué précédemment) pourra se faire pour une chute de pression bien plus faible que dans le mode de régulation TOR de l'art antérieur, ce qui signifie que des fuites de débits plus faibles pourront être décelées. Ce mode de régulation avec une vanne proportionnelle permet donc de couvrir une plage de débits de fuite beaucoup plus large que dans le mode de régulation TOR antérieur.
- D'autre part, lors de la phase de descente rapide, en jouant sur le pourcentage d'ouverture de la vanne proportionnelle, on peut contrôler la durée de cette phase de descente rapide : à titre illustratif, après une ouverture de porte, on peut utiliser une ouverture totale de la vanne proportionnelle 10, permettant une descente très rapide en température, tandis q u e l a m i s e e n œ u v re d 'un pourcentage d'ouverture de la vanne proportionnelle élevé mais inférieu r à 1 00% permettra d 'atteind re l a température de consigne en un temps certes plus long mais avec une consommation d'azote optimisée, permettant en résumé de s'adapter à toutes les situations d'utilisateur.
Les tests de fuites d'une installation telle que celle de la figure 3 utilisent les deux vannes TOR 1 et 1 1 , selon des procédures de détection par ailleurs classiques pour l'homme du métier, où l'on met en pression la portion d'installation entre les deux vannes TOR, et où l'on observe la chute de pression éventuelle se produisant, ceci selon des protocoles qui peuvent varier, tels que d irigés par le cerveau (automate) régissant le contrôle de procédé de l'installation, par exemple (à titre purement illustratif) :
- l'enfermement d'une certaine pression P entre les deux TOR à l'instant t0, et la mesure (capteur 5) de la pression P' à l'instant t0 + Δί ;
- l'application pour une installation donnée, de deux protocoles :
-- > l'enfermement d'une certaine pression P entre les deux TOR à l'instant t0, et la mesure (capteur 5) de la pression P' à l'instant t0 + Δί , Δί = 1 minute, le test étant pratiqué automatiquement toutes les 10 minutes ; -- > renfermement d'une certaine pression P entre les deux TOR à l'instant t0, et la mesure (capteur 5) de la pression P' à l'instant t0 + Δί , Δί = 10 minutes, le test étant pratiqué automatiquement toutes les 24 heures. etc .de nombreux autres protocoles possibles pourraient être cités.
L'invention recommande donc la mise en œuvre, en aval du système d'échangeur, d'une vanne analogique proportionnelle, normalement ouverte.
Comme il apparaîtra clairement à l'homme du métier, on pourrait également envisager d'utiliser, en lieu et place de cette vanne proportionnelle 10, une vanne TOR « intelligente », c'est-à-dire par exemple équipée soit d'une régulation PID, soit d'un orifice calibré. Mais ces solutions très simples et peu coûteuses ne sont pas aussi efficaces qu'une vanne proportionnelle. En effet, une régulation PID sur une vanne TOR permettra d'optimiser la fréquence d'ouverture et de fermeture de la vanne mais le débit de cryogène délivré restera identique pour chaque ouverture, on ne pourra pas le faire varier.
L'orifice calibré, lui, permettra de limiter le débit de cryogène délivré, mais là encore il ne permettra pas de le faire varier, il ne permettra aucune optimisation.

Claims

Revendications
1. Méthode de gestion de l'alimentation en liquide cryogénique d'un camion (20) de transport de produits thermosensible, camion mettant en œuvre un procédé implémentant ledit liquide cryogénique pour transférer des frigories aux produits, procédé du type dit à injection indirecte où le liquide est envoyé dans un système d'échangeur thermique (3) situé à l'intérieur du camion, où il s'évapore, le transfert de froid aux produits passant par un échange entre l'atmosphère environnant les produ its et les parois froides du système d'échangeur thermique, se caractérisant en ce que le système d'échangeur est alimenté en liquide cryogénique par la mise en œuvre des mesures suivantes :
- on dispose, en amont du système d'échangeur, d'une vanne (1 ) tout ou rien amont, normalement fermée ;
- on dispose, en aval du système d'échangeur, d'une vanne analogique proportionnelle (10), normalement ouverte ;
- on dispose, en aval de la vanne analogique (10), d'une vanne tout ou rien aval (1 1 ), normalement ouverte.
2. Installation d'alimentation en liquide cryogénique d'un camion (20) de transport de produits thermosensible, camion mettant en œuvre un procédé implémentant ledit liquide cryogénique pour transférer des frigories aux produits, procédé du type dit à injection indirecte où le liquide est envoyé dans un système d'échangeur thermique (3) situé à l'intérieur du camion, où il s'évapore, le transfert de froid aux produits passant par un échange entre l'atmosphère environnant les produ its et les parois froides du système d'échangeur thermique, se caractérisant en ce qu'elle comprend :
- une vanne (1 ) tout ou rien amont, normalement fermée, disposée en amont du système d'échangeur,
- une vanne analogique proportionnelle (10), normalement ouverte, disposée en aval du système d'échangeur;
- une vanne tout ou rien aval (1 1 ), normalement ouverte, disposée en aval de la vanne analogique.
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