EP4430355A1 - Groupe cryogénique de réfrigération et procédé de réfrigération associé - Google Patents

Groupe cryogénique de réfrigération et procédé de réfrigération associé

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Publication number
EP4430355A1
EP4430355A1 EP22818097.2A EP22818097A EP4430355A1 EP 4430355 A1 EP4430355 A1 EP 4430355A1 EP 22818097 A EP22818097 A EP 22818097A EP 4430355 A1 EP4430355 A1 EP 4430355A1
Authority
EP
European Patent Office
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tubes
air flow
cryogen
compartment
forced air
Prior art date
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Pending
Application number
EP22818097.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bernard Jean Jacques VALENTIN
Germain Blauvac
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Cryofridge Europe
Original Assignee
Cryofridge Europe
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Filing date
Publication date
Application filed by Cryofridge Europe filed Critical Cryofridge Europe
Publication of EP4430355A1 publication Critical patent/EP4430355A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/105—Movable containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00007—Combined heating, ventilating, or cooling devices
    • B60H1/00014—Combined heating, ventilating, or cooling devices for load cargos on load transporting vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3202—Cooling devices using evaporation, i.e. not including a compressor, e.g. involving fuel or water evaporation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D7/082—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
    • F28D7/085—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
    • F28F1/36—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely the means being helically wound fins or wire spirals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D21/00—Defrosting; Preventing frosting; Removing condensed or defrost water
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    • F25D21/006—Defroster control with electronic control circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D21/06—Removing frost
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0085—Evaporators

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of automobile bodywork, and more specifically to the field of bodywork for road vehicles, such as trucks or trailers, for example for refrigerated transport.
  • the present invention relates more particularly to a cryogenic unit for refrigerating a compartment for transporting heat-sensitive goods, said cryogenic unit comprising an air/cryogen heat exchanger which includes an evaporator, said evaporator comprising a bundle of tubes each extending longitudinally along a respective central axis, said tubes being interconnected to form a pipe within which said cryogen is intended to circulate, each of said tubes carrying a respective individual series of fins which each rise between a lower edge secured to the tube and a free upper edge belonging to a fictitious cylindrical surface coaxial with said tube, said tubes being distributed in one or more staggered layers parallel(s) to a first plane, said heat exchanger comprising a device for generating a forced air flow between an inlet and an outlet located respectively upstream and downstream of said bundle of tubes so that said forced air flow passes between said tubes.
  • the present invention also relates to a compartment for transporting heat-sensitive goods associated with a cryogenic unit.
  • the present invention also relates to a road vehicle for the refrigerated transport of goods which comprises a heat-sensitive goods compartment associated with a cryogenic unit.
  • the present invention finally relates to a method for refrigerating a compartment for transporting heat-sensitive goods in which a cryogen is circulated within a pipe formed by a bundle of tubes which forms part of an evaporator, said tubes extending each longitudinally along a respective central axis and being interconnected to form said pipe, each of said tubes carrying a respective individual series of fins which each rise between a lower edge integral with the tube and a free upper edge belonging to a fictitious cylindrical surface coaxial with said tube, said tubes being distributed in one or more staggered layers parallel to a first plane, said method including generation of a forced air flow between an inlet and an outlet located respectively upstream and downstream of said bundle of tubes so that said flow of forced air passes between said tubes in order to achieve an air/cryogen heat exchange.
  • a major drawback of the known cryogenic solutions lies in their vulnerability to icing phenomena, which significantly affect the refrigeration performance and require the use of more or less complex defrosting devices and methods in order to maintain the cryogenic unit in a functional state.
  • This phenomenon of icing is particularly present in refrigerated road transport, because of the need, during a distribution round, to open the refrigerated compartment multiple times, depending on the different deliveries. More specifically, the formation of frost, favored by the multiple opening/closing sequences of the refrigerated compartment, affects the heat transfer between the tubes and the forced air flow, even completely interrupting the air flow when blocks Frost solids form between the tubes and block airflow.
  • defrosting sequences consisting in subjecting the heat exchanger to a supply of heat (in the form for example of a flow of hot air) or to a mechanical action (in the form, for example, of vibrations) to melt and/or detach the frost formed between and on the tubes.
  • the implementation of a defrost duration that is too short may not lead to sufficient defrosting, while the implementation of a defrost duration that is too long leads to excessive energy consumption, and an increase in temperature. in the compartment which can affect the cold chain.
  • the control means required to optimize de-icing further complicate the cryogenic unit and increase its cost.
  • cryogenic units implemented within the refrigerated compartments of road vehicles turn out to be generally heavy, bulky, expensive, complex to maintain and to use. Their design also entails risks in terms of reliability and cold production shutdown due to icing.
  • the objects assigned to the invention therefore aim to remedy the various drawbacks listed above, and to propose a new cryogenic unit for refrigerating a compartment for transporting heat-sensitive goods, the construction of which, while being particularly simple, compact and economical , makes it possible to drastically reduce operating interruptions due to frost, while minimizing energy consumption as well as noise and environmental pollution, including in a context (delivery rounds for example) involving the opening of the compartment multiple times. transport intended to be cooled by said cryogenic unit.
  • Another object of the invention is to provide a new cryogenic unit for refrigerating a compartment for transporting heat-sensitive goods, the design of which makes it possible to permanently retain sufficient cooling capacity to maintain the compartment at low temperature for a long period, even if the compartment is opened multiple times during the period in question, and to make temperature drops to -15 or -20°C for example.
  • Another object of the invention aims to provide a new cryogenic refrigeration unit for a compartment for transporting heat-sensitive goods, which has high efficiency while being particularly reliable and capable of producing cold continuously.
  • Another object of the invention aims to provide a new cryogenic refrigeration unit for a compartment for transporting heat-sensitive goods, the design of which allows easy integration and with a minimum of bulk within the compartment to be refrigerated.
  • Another object of the invention is to provide a new cryogenic refrigeration unit for a compartment for transporting heat-sensitive goods, the design of which presents an excellent compromise between size on the one hand and cooling power on the other.
  • Another object of the invention is to provide a new cryogenic unit for refrigerating a compartment for transporting heat-sensitive goods which, while being of particularly compact, reliable and robust construction, is capable of operating without stopping cold production for an entire working day, including when the compartment is subjected to numerous opening/closing cycles.
  • Another object of the invention is to provide a new cryogenic refrigeration unit for a compartment for transporting heat-sensitive goods, the design of which makes it possible to implement natural defrosting, without the addition of dedicated additional thermal or mechanical energy.
  • Another object of the invention aims to provide a new compartment for transporting heat-sensitive goods, the design of which allows effective maintenance of the internal temperature, guaranteeing rigorous maintenance of the cold chain over a long period of time.
  • Another object of the invention is to provide a new vehicle for the refrigerated transport of goods that is particularly environmentally friendly, the design of which makes it possible to limit noise pollution and which effectively maintains the cold chain, without interrupting the production of cold. , over a long period of time, corresponding for example to a complete delivery round extending over a working day.
  • Another object of the invention finally aims to propose a new method for refrigerating a transport compartment for heat-sensitive goods making it possible to drastically reduce the interruptions of operation due to frost, while minimizing energy consumption as well as noise and environmental nuisances. , including in a context (delivery rounds for example) involving the opening of the transport compartment multiple times.
  • cryogenic unit for refrigerating a transport compartment for heat-sensitive goods
  • said cryogenic unit comprising an air/cryogen heat exchanger which includes a evaporator, said evaporator comprising a bundle of tubes each extending longitudinally along a respective central axis, said tubes being interconnected to form a pipe within which said cryogen is intended to circulate, each of said tubes carrying a respective individual series of fins which each rise between a lower edge secured to the tube and a free upper edge belonging to a fictitious cylindrical surface coaxial with said tube, said tubes being distributed in one or more staggered layers parallel to a first plane
  • said heat exchanger comprising a device for generating a forced air flow between an inlet and an outlet located respectively upstream and downstream of said bundle of tubes so that said forced air flow passes between said tubes
  • said cryogenic unit being characterized in that said tubes are arranged relative to each other so that the quotient of the distance between the respective central axes of two adjacent tubes by the
  • the objects assigned to the invention are also achieved with the aid of a compartment for the transport of heat-sensitive goods characterized in that it is associated with a cryogenic unit which conforms to the foregoing and whose tube bundle is arranged inside said compartment.
  • the objects assigned to the invention are also achieved with the aid of a road vehicle for the refrigerated transport of goods characterized in that it comprises a compartment for transporting heat-sensitive goods in accordance with the foregoing.
  • the objects assigned to the invention are finally achieved with the aid of a method of refrigerating a transport compartment for heat-sensitive goods in which a cryogen is circulated within a pipe formed by a bundle of tubes which part of an evaporator, said tubes each extending longitudinally along a respective central axis and being interconnected to form said pipe, each of said tubes carrying a respective individual series of fins which each rise between a lower edge integral with the tube and a free upper edge belonging to a surface fictitious cylinder coaxial with said tube, said tubes being distributed in one or more staggered layers parallel(s) to a first plane, said method including generation of a forced air flow between an inlet and an outlet located respectively upstream and downstream of said bundle of tubes so that said flow of forced air passes between said tubes in order to carry out an air/cryogen heat exchange, said method being characterized in that said tubes are arranged with respect to each other in such a way that the quotient of the distance between the respective central axes of two adjacent tubes by the diameter of said fic
  • FIG. 1 illustrates, according to a schematic perspective view from above, a heat exchanger of a cryogenic unit according to the invention, intended to ensure the refrigeration of a compartment for transporting heat-sensitive goods (not shown), the incident trajectory of the forced air flow striking the bundle of tubes of the heat exchanger of said cryogenic unit being represented by arrows, said heat exchanger being intended to be arranged within said compartment, in this case on and against the roof of the latter.
  • FIG. 2 illustrates, in a schematic perspective view from above, details of the construction of the exchanger of Figure 1.
  • Figure 3 illustrates the embodiment details of Figure 2, this time according to a schematic perspective view from below.
  • Figure 4 illustrates the exchanger of Figures 1 to 3 in a perspective view cut longitudinally.
  • Figure 5 illustrates, in a sectional view, a compartment for transporting heat-sensitive goods according to the invention, equipped with the heat exchanger of Figures 1 to 4, the trajectory of said forced air flow circulating within the bundle of tubes of the heat exchanger being represented by arrows.
  • Figure 6 illustrates, in a schematic side view, a tube which forms part of the exchanger of Figures 1 to 4.
  • Figure 7 illustrates, in a schematic sectional view, a detail of the staggered arrangement of the tubes of the exchanger of Figures 1 to 4.
  • the invention relates, according to a first aspect, to a cryogenic unit for refrigerating a compartment 2 for transporting heat-sensitive goods.
  • the compartment 2 in question is advantageously embarked by a refrigerated goods transport vehicle.
  • the refrigerated transport vehicle in question is for example a road vehicle, preferably a truck, a van or any other vehicle equipped with a compartment 2 intended to receive goods in order to transport them by road.
  • Said refrigerated transport road vehicle is for example a carrier truck which includes a compartment 2 resting on its chassis, behind the driver's cab.
  • the road vehicle in question is an articulated vehicle which comprises a tractor to which is connected a semi-trailer which itself carries compartment 2.
  • the invention also relates as such to a compartment 2 for transporting heat-sensitive goods associated with said cryogenic unit according to the invention.
  • the invention also relates as such to a road vehicle for the refrigerated transport of goods which comprises a compartment 2 for transporting heat-sensitive goods associated with said cryogenic unit, said cryogenic unit being advantageously carried by said vehicle.
  • the compartment 2 comprises walls delimiting an interior loading volume V intended to accommodate heat-sensitive goods.
  • the compartment 2 is in the form of a parallelepiped box comprising a floor 2A intended to rest for example on a chassis of the vehicle.
  • the compartment 2 also comprises in this case a left side wall and a right side wall which rise vertically laterally from the floor 2A and are interconnected, at their respective upper edges, by a roof 2B, which is extends for example substantially parallel to the floor 2A.
  • the compartment 2 advantageously comprises a front facade 2C and a rear facade 2D, substantially parallel to each other, which close the interior volume V intended to accommodate the transported goods.
  • Said goods advantageously consist of perishable foodstuffs, for example foodstuffs.
  • the walls 2A, 2B, 2C, 2D of the compartment 2 include thermal insulation materials, to limit as much as possible the loss of cold temperatures during transport. Compartment 2 therefore has in this case a character qualified as isothermal in the field concerned.
  • the compartment 2 is conventionally equipped with an access system (not shown) which allows access, from outside the compartment 2, to the interior volume V to load and unload the transported heat-sensitive goods.
  • the access system is intended to equip the 2D rear facade of the compartment 2. It preferably includes a frame delimiting an access opening inside the compartment 2, as well as an opening which equips said frame and is designed to evolve between an open configuration releasing the access opening and a closed configuration closing the access opening.
  • the cryogenic unit forms a refrigeration module designed to be associated with compartment 2, in order to maintain the temperature within the interior volume V at a level compatible with the transport of the heat-sensitive goods concerned.
  • the temperature within compartment 2 is for example maintained, by means of the cryogenic unit, at a value between 0°C and 6°C, or between -6°C and -12°C, or even between -18°C and -25°C, depending on the nature of the goods (fresh food, pharmaceutical products, frozen products, etc.).
  • the cryogenic unit comprises, as illustrated in the figures, a heat exchanger 1 which operates in an open loop and advantageously constitutes an exchanger with indirect injection of cryogen.
  • the heat exchanger 1 is an air/cryogen heat exchanger which includes an evaporator within which is intended to be injected, preferably in the liquid state, the cryogen.
  • the cryogenic unit comprises, or is advantageously intended to be connected to, a cryogen injection device in the liquid state into the heat exchanger 1, which cryogen injection device comprises for example a tank (not shown) intended to contain the cryogen in the liquid state, and preferably under pressure.
  • the reservoir in question is advantageously connected, for example by an inlet pipe 5, to the evaporator of said air/cryogen heat exchanger 1 .
  • a system of solenoid valves, connected to, and controlled by, a control unit is for example provided to control the supply of liquid cryogen to the evaporator from said reservoir via the inlet pipe 5.
  • the The control unit is advantageously associated with sensors (for example temperature sensors) and/or with a control interface (to adjust the temperature within the compartment 2 for example).
  • said cryogen is nitrogen
  • the aforementioned tank contains liquid nitrogen which is injected into the evaporator to undergo therein, as it circulates in the evaporator, a phase transformation leading to the liquid nitrogen to be transformed into gaseous nitrogen which is discharged into the atmosphere through an exhaust pipe 6 of the evaporator.
  • the invention is of course not limited to the implementation of liquid nitrogen, and any other cryogenic fluid such as CO2 can of course be implemented alternatively.
  • said evaporator comprises a bundle 4 of tubes each extending longitudinally along a respective central axis X-X'.
  • said tubes are 24 in number, distributed in this case into three layers 12, 13, 14 of 8 tubes each.
  • only five tubes 7, 8, 9, 10, 11 among the twenty-four tubes of the illustrated embodiment have been identified by references in the appended figures, but the description which follows of course, unless otherwise stated, all the tubes of the bundle 4.
  • the invention is of course not limited to the implementation of a particular number of tubes, nor to a specific number of layers.
  • the tubes 7, 8, 9, 10, 11 of the bundle 4 are advantageously identical to each other, possibly except for their respective lengths.
  • Each tube 7, 8, 9, 10, 11 is preferably made of a metallic material, for example copper.
  • the tubes 7, 8, 9, 10, 11 of the evaporator are advantageously arranged in parallel to each other, so that their respective central axes X-X' are parallel to each other.
  • Each of said tubes 7, 8, 9, 10, 11 of bundle 4 carries, as shown in Figures 6 and 7, a respective individual series of fins 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11A, so to obtain efficient heat exchange.
  • the fins carried by each tube 7, 8, 9, 10, 11 are separate and independent from the fins carried by the other tubes.
  • FIG. 6 thus illustrates a tube 7 of bundle 4, which tube 7 carries a series of fins 7A, 7B, 7C , 7D formed for example by a single piece wound in a spiral around the tube 7 and crimped to the latter.
  • the invention is however not limited to the implementation of fins formed by one and the same crimped helical part, and it is for example perfectly possible, without departing from the scope of the invention, that the fins 7A, 7B, 7C, 7D are formed by separate parts from each other and/or are fixed to the tube 7 by a technique other than crimping (welding, etc.).
  • the fins 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11A are advantageously made of a metallic material, and preferably made of a material identical to that which constitutes the tube 7 which carries them.
  • the tubes 7, 8, 9, 10, 11, as well as the fins 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11A which are respectively associated with them, are made of copper or aluminum.
  • the tubes of the bundle 4 for example all have the same circular section, while the fins 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11A all have a circular shape extending coaxially (Helix or not) to the tube 7, 8, 9, 10, 11 which carries them respectively.
  • the tubes 7, 8, 9, 10, 11 have respective sections that are different from each other and/or sections that are not not circular (e.g. rectangular or square).
  • the series of fins which respectively equip the tubes can be different from each other in size and/or in shape.
  • the fins can have a square or rectangular shape without departing from the scope of the invention.
  • the tubes 7, 8, 9, 10, 11 are identical to each other and of circular section, as are the fins 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11A, so that the bundle 4 is formed, as shown, of identical finned tubes to each other.
  • each fin 7A, 7B, 7C, 7D of each series advantageously rises between a lower edge integral with the tube 7 which carries it and an upper edge belonging to a fictitious cylindrical surface C coaxial with said tube 7.
  • the fictitious cylindrical surface C has a circular cross-section, but it is alternatively entirely possible, as mentioned above, for the cylindrical surface C in question to have a different cross-section, for example a square or rectangular cross-section, depending on the shape fins 7A, 7B, 7C, 7, 8A, 9A, 10A, 11 A carried respectively by the tubes 7, 8, 9, 10, 11.
  • the tubes 7, 8, 9, 10, 11 of the bundle 4 are interconnected to form a pipe within which said cryogen is intended to circulate.
  • said pipe extends between an inlet end 50, connected to the inlet pipe 5, through which said cryogen is intended to be injected in the substantially liquid state into said pipe, and an exhaust end 60 by which said cryogen is intended to be discharged in a substantially gaseous state outside compartment 2, after having circulated within the pipe from the inlet end 50 to the exhaust end 60.
  • said tubes 7, 8, 9, 10, 11 are divided into one or more layers, said layers including for example a first layer 12, a second layer 13 and a third layer 14, it being understood that the invention is not limited to a particular number of sheets.
  • Said layers 12, 13, 14 are arranged in staggered rows, that is to say to form rows of tubes 7, 8, 9, 10, 11 offset from each other, which makes it possible to optimize the transfer thermal.
  • the tubes of each sheet 12, 13, 14 are arranged substantially parallel to each other, equidistant from each other and in alignment, so that their respective central axes XX' belong to the same respective plane P3, P4, P5.
  • Said sheets 12, 13, 14 are parallel to each other, and parallel to a first plane P1, which means that said aforementioned planes P3, P4, P5 are parallel to said first plane P1.
  • Said first ply 12, second ply 13 and third ply 14 are advantageously stepped, as illustrated in the figures, that is to say superimposed on each other, with the first ply 12 located below the second ply 13, and the second ply 13 located below third ply 14, so that second ply 13 is thus interposed vertically between first ply 12 and third ply 14, in a staggered arrangement as mentioned above.
  • the tubes within the same layer 12, 13, 14 are fluidly connected one after the other, so that within the same layer, two adjacent tubes are connected one to the other. another by one of their ends, the tubes forming said sheet being thus connected in series to each other.
  • the tubes are connected to each other by suitable connecting pieces, which are for example in the form of U-shaped tubular connectors as shown in the figures.
  • the heat exchanger 1 comprises, in addition to the evaporator described above, a device 15 for generating a forced air flow 16 between an inlet 17 and an outlet 18 located respectively upstream and downstream of said bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11 relative to the direction of movement of said flow 16, so that said forced air flow 16 passes between said tubes 7, 8, 9, 10, 11, crossing thus the evaporator to ensure heat exchange between said forced air flow 16 and the finned tubes 7, 8, 9, 10, 11 of the evaporator, themselves cooled by the cryogen circulating within them.
  • Said forced air flow 16 is thus cooled when it passes through the evaporator, then is then injected into the interior volume V of compartment 2 to cool the latter and/or maintain it at a set temperature, which is for example a temperature below 0°C.
  • each finned tube 7, 8, 9, 10, 11 is separated from the tube 7, 8, 9, 10, 11 of the bundle 4 which is closest to it by a distance chosen so that R is greater than or equal to 120 %.
  • said device 15 for generating the forced air flow 16 is arranged so that said forced air flow 16 follows, between said inlet 17 and said bundle 4 of tubes, an incident path T substantially parallel to a second plane P2, said first and second planes P1, P2 being inclined with respect to each other to form between them a non-zero acute angle a, that is to say that 0° ⁇ a ⁇ 90 °.
  • the forced air flow 16 strikes the layers 12, 13, 14 of tubes of the evaporator according to an oblique incidence, that is to say that the trajectory T followed by the air flow forced 16 upstream of the bundle 4 of tubes until reaching the latter is parallel to the second plane P2, said first and second planes P1, P2 being secant as explained above.
  • tubes 7, 8, 9, 10, 11 carrying respective individual series of fins, said series being distinct and independent of each other so that the fins carried by a tube are not connected or confused with the fins carried by another tube,
  • the cryogenic unit can operate continuously over a long period of time, for example at least 6 hours, and even at least 7 hours or even at least 8 hours or even at least 10 hours, depending on the number of openings of the compartment 2, without it is not necessary to have recourse, to defrost, to an interruption of the production of cold.
  • the cryogenic unit can operate without interruption of defrosting for a sufficient period of time to enable a complete delivery round to be carried out, for example over a whole day, including with many openings of compartment 2.
  • the invention thus proves to be particularly advantageous for carrying out refrigeration transport and distribution operations, since it makes it possible to maintain constant cold production, without interruption for defrosting, and avoids additional energy consumption thermal or mechanical to ensure defrosting. It turns out that the combination of a quotient R of sufficient value, an inclination a between the trajectory T of the incident air flow and the sheets 12, 13, 14, as well as the use of finned tubes independent of each other, makes it possible to avoid the formation of blocks or plates of frost within the same sheet 12, 13, 14 and/or between the sheets 12, 13, 14, which could block the flow of air 16 and thus prevent the air/cryogen heat exchange necessary to cool compartment 2.
  • frost can actually be deposited on the fins but is not able, thanks to the other characteristics (R >120% and 0 ⁇ a ⁇ 90°) to form plates or blocks between the fins of different tubes, which makes it possible to maintain a free passage for the forced air flow 16. Thanks to this arrangement, a sufficient air flow can be maintained within the evaporator, between the tubes 7, 8, 9, 10, 11 of the latter, which makes it possible to maintain sufficient cooling capacity to maintain the temperature of compartment 2 and to be able to achieve temperature drops down to -15°C or -20°C For example.
  • the invention has made it possible to establish that, including under the most favorable conditions for icing (for example when compartment 2 is opened multiple times), icing of exchanger 1 is likely to take place as follows:
  • the frost first settles on the coldest tubes that is to say the first tubes receiving liquid nitrogen in evaporation at -190° C. (tubes of the first layer 12 whose first tube is connected to the inlet pipe 5);
  • the coldest tubes are loaded with frost and the heat exchange decreases in the frosted tubes, which causes the evaporation of the liquid further in the pipe formed by the tubes 7, 8, 9, 10, 11.
  • the cooling power thus decreases gradually, but the air is nevertheless able to pass between the tubes 7, 8, 9, 10, 11. Maintaining an air flow between the inlet 17 and the outlet 18 allows thus maintaining sufficient cooling capacity. Indeed, thanks to the inclination a of the first and second planes P1, P2, and to the spacing between the finned tubes 7, 8, 9, 10, 11 reflected by the fact that the quotient R is greater than or equal to 120 %, any plates or blocks of frost which tend to form between the tubes 7, 8, 9, 10, 11 are easily ejected by the forced air flow 16, which allows, even in the most unfavorable situations, to maintain the cooling capacity of the cryogenic unit at a degraded level corresponding to at least 30% of the nominal cooling capacity. This degraded level proves to be sufficient in practice to operate a complete delivery round, over one day, without having to resort to a de-icing operation requiring the cold production to be stopped by the cryogenic unit.
  • the invention thus makes it possible to avoid having to resort to specific additional defrosting means, in particular thermal or mechanical means liable to lead to a break in the cold chain and to additional energy consumption.
  • said layer(s) 12, 13, 14 are oriented with an upward slope from upstream to downstream with respect to the flow direction of said forced air flow 16.
  • the second plane P2 extends substantially horizontally, while said sheet(s) 12, 13, 14 are preferably oriented upwardly from upstream to downstream with respect to the flow direction of said forced air flow 16.
  • each ply 12, 13, 14 follows an increasing slope in the direction of the forced air flow 16, with the most upstream tube of each ply located at an altitude lower than that of the most downstream tube of each ply 12, 13, 14.
  • This upward sloping arrangement makes it possible to take full advantage of gravity to prevent the formation of blocks of frost between the finned tubes 7, 8, 9, 10 , 11 and also makes it possible to collect the condensates optimally, for example in a tray 19 arranged under the bundle 4 of tubes, said tray 19 also acting as an air channeling casing.
  • the second plane P2 it is alternatively possible for the second plane P2 to extend in another direction, for example substantially vertically, without departing from the scope of the invention.
  • said non-zero acute angle ⁇ is not less than 2°, and even more preferably is not less than 3°.
  • the use of an angle a greater than 3° contributes to maintaining in all circumstances a sufficiently high air flow between the tubes 7, 8, 9, 10, 11 of said bundle 4, which makes it possible to maintain a cooling capacity sufficient. Thanks to this inclination, a regular air speed over the entire surface of the exchanger can be maintained without inconsiderately increasing losses and while facilitating flow. condensates.
  • the non-zero acute angle ⁇ formed by the first and second planes P1, P2 is advantageously less than 30°, even more preferably less than 20°, and so particularly advantageous less than 10°.
  • said angle ⁇ formed by the first and second planes P1, P2 is between 3° and 20°, preferably between 3° and 15°, and even more preferably between 3° and 8°, which makes it possible to giving an extremely compact and space-saving character to the cryogenic unit, while making it possible to retain sufficient anti-icing and de-icing properties, thanks to the combined implementation of the other characteristics described above.
  • This characteristic provides an excellent compromise between the performance in terms of heat exchange on the one hand and the limitation of icing on the other.
  • the fins 7A, 7B, 7C, 7D carried by each tube 7 are spaced apart, within of the same individual series of fins, with a distance P comprised between 3 and 10 mm, preferably comprised between 5 and 7 mm.
  • a distance P comprised between 3 and 10 mm preferably comprised between 5 and 7 mm.
  • said distance P between each fin 7A, 7B, 7C, 7D corresponds to the pitch of the helix formed by the part in question.
  • the use of a distance P comprised in the aforementioned preferential ranges here again allows an excellent compromise between the minimization of the risk of blockage due to icing on the one hand and the heat transfer efficiency on the other hand.
  • the device 15 for generating the forced air flow 16 comprises at least one centrifugal fan 20 including a fan wheel 21 rotatably mounted along an axis of rotation YY' which is preferably substantially perpendicular to said second plane P2.
  • the cryogenic unit is designed so that said axis of rotation YY' is substantially vertical, said second plane P2 being in this case substantially horizontal as mentioned above.
  • the device 15 for generating the forced air flow 16 comprises four centrifugal fans arranged next to each other to sweep the bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11 over the entire its extent (ie over the entire width of the evaporator, which corresponds substantially to the length of the tubes).
  • the invention is however not limited to a particular number of fans, nor even specifically to the use of centrifugal fans. It is for example perfectly possible to use a higher or lower number of fans, as well as a different type of fan (for example an axial fan) without departing from the scope of the invention.
  • the use of one or more centrifugal fans is however preferred, for reasons not only of compactness but also of efficiency and performance.
  • Each centrifugal fan 20 is preferably positioned relative to the bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11 so that the forced air flow 16 at the outlet of the fan 20 follows a trajectory T transverse to the direction of longitudinal extension of the tubes 7, 8, 9, 10, 11 forming the bundle 4 of the evaporator. Thanks to this particular arrangement, the cryogenic unit has a reduced size and is easy to install within the compartment 2, while allowing effective heat exchange and a significant limitation of icing phenomena.
  • each centrifugal fan 20 can be arranged upstream of the bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11 in consideration of the direction of the forced air flow 16.
  • the fan 20 sucks air within compartment 2, in a direction of suction substantially parallel to the axis of rotation Y-Y', and then discharges the air thus sucked onto the bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11.
  • the forced air flow 16 thus generated circulates between the inlet 17 and the outlet 18, passing between the tubes 7, 8, 9, 10, 11 (as illustrated by the arrows between the tubes on Figure 5), which causes the cooling of the forced air flow 16.
  • the air flow 16 expelled at the outlet 18 therefore has a lower temperature than the incident air flow at the inlet 17, due to the heat exchange operated between the forced air flow 16 and the bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11 themselves cooled by the cryogen circulating within them from the inlet end 50 to the exhaust end 60.
  • the forced airflow forms an expelled airflow at the outlet 18 and an incident airflow at the inlet 17, the temperature of the expelled air flow being lower than that of the incident air flow.
  • centrifugal fan 20 it is alternatively possible for the centrifugal fan 20 to be arranged downstream of the bundle 4 of tubes, between the bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11 and the outlet 18, without however leaving of the scope of the invention.
  • Each fan 20 is for example housed in a casing or cowling which forms at the fan outlet (in the case where the fan 20 is arranged upstream of the bundle 4 of tubes) an air duct 3 imparting to the air flow forced 16 the incident trajectory T.
  • the air duct 3 is formed by a casing or cowling which channels the air upstream of the bundle 4 tubes.
  • the second plane P2 thus corresponds to the orientation of the air duct 3, so that the aforementioned angle a is to be considered with respect to the axis of the air duct 3.
  • said first ply 12, second ply 13 and third ply 14 respectively form a first, a second and a third section of said pipe.
  • the first section in question advantageously extends between a first primary end 120 corresponding to said inlet end 50 and a second primary end 121.
  • the second section which is formed by the second layer 13, extends for its part between a first secondary end 130 and a second secondary end 131, while the third section extends for its part between a first tertiary end 140 and a second tertiary end 141.
  • said second primary end 121 is fluidically connected both with said first secondary end 130 and with said first tertiary end 140, said second secondary 131 and tertiary 141 ends corresponding for their part to said exhaust end 60.
  • the first ply 12 is connected, at its end 130 opposite the inlet end 50, both to the second layer 13 and to the third layer 14, by means for example, as illustrated, of a “T” connector.
  • the second and third sheets 13, 14 are connected at their second secondary 131 and tertiary 141 ends to the exhaust pipe 6 by a "T" connector at the exhaust end 60 .
  • the pressure drops are minimized and the efficiency of the heat exchanger is increased, in particular when the cryogen used is nitrogen, injected in the liquid state into the pipeline.
  • the cryogen circulates in the tubes of the first sheet 12 in an overall direction which is the same as that of the forced air flow 16, said overall direction corresponding to the direction of the first primary end 120 towards the second primary end 121, while in the second sheet 13 and third sheet 14, the cryogen (advantageously in the gaseous state) circulates according to an overall trajectory opposite to that of the forced air flow 16.
  • the cryogenic unit comprises, in addition to the device for injecting cryogen in the liquid state into said pipeline mentioned above, a temperature sensor (not shown) for measuring the temperature within said compartment 2, as well as a device for adjustment of the temperature within said compartment 2.
  • the device for injecting cryogen in the liquid state into the pipe advantageously comprises, as mentioned above, a pressurized tank for storing the cryogen in the liquid state, as well as the pipe of supply 5, advantageously associated with one or more solenoid valves.
  • the adjustment device in question advantageously comprises at least one interface for entering a setpoint value, as well as a control unit for the cryogen injection device and the device 15 for generating the forced air flow 16.
  • Said control unit is advantageously designed to implement the following control sequence, when the setpoint value is less than 0° C. and the value measured by the sensor temperature is equal to an initial value which is greater than a predetermined defrosting value of between 3 and 10°C, preferably between 4 and 8°C, even more preferably substantially equal to 6°C:
  • cryogen injection device and device 15 for generating the forced air flow 16 to lower the temperature measured by said temperature sensor from said predetermined defrosting value to said set point value, which is for example less than -10°C.
  • the aforementioned determined duration may advantageously consist of a fixed predetermined duration, for example between 5 and 20 minutes, preferably between 10 and 20 minutes, preferably of the order of 15 minutes, or of a variable and/or configurable duration, which depends for example on the difference between the temperature measured within the interior volume V of the compartment 2 and the temperature of the cooled air expelled at the outlet 18. It is for example possible to stop the injection of cryogen while by maintaining the circulation of air between the tubes as long as said difference is greater than a predetermined value, for example is greater than 2°C.
  • the sequence of steps set out in the foregoing thus consists in substance in triggering, during the temperature drop to reach the set temperature below 0° C., a "natural” defrosting of the exchanger 1 , obtained only by stopping the circulation of cryogen within the tubes 7, 8, 9, 10, 11 of the exchanger 1 while concomitantly maintaining the forced air flow 16.
  • the triggering of this “natural” defrosting is advantageously implemented when the temperature at the within compartment 2 reaches a value between 3 and 10°, preferably 6° (predetermined defrosting value), which makes it possible to eliminate most of the humidity within compartment 2 already trapped by the first descent in temperature from the initial value to said predetermined defrost value.
  • a second temperature drop to reach the set temperature is implemented. This “natural” defrosting process implemented during the temperature drop makes it possible to further improve the operating time of the exchanger 1 by reducing the load of frost on the latter.
  • the invention thus makes it possible to have a particularly efficient and compact cryogenic unit, which can operate over a long period without the need to carry out long, tedious and energy-intensive operations of defrosting by mechanical or thermal action.
  • the heat exchanger 1 of said cryogenic unit is advantageously arranged within the compartment 2 for transporting heat-sensitive goods according to the invention so that the bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11, which forms the layer(s) 12, 13, 14, is arranged inside the compartment 2, as is preferably the device 15 for generating the forced air flow 16.
  • the exchanger 1 is entirely arranged inside the compartment 2, and is supplied with liquid cryogen through the inlet pipe 5 from outside the compartment 2, while the gaseous cryogen is discharged, after heat exchange, outside the compartment 2 through the exhaust pipe 6 which connects the pipe to the outside of the compartment 2.
  • the heat exchanger 1 is arranged, within the interior volume V of the compartment 2, against the roof 2B of the compartment 2, the wall of which contributes advantageously to form, with the tray 19, a box within which is arranged the bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11, as shown.
  • said exchanger 1 it is alternatively possible for said exchanger 1 to be arranged, within the interior volume V of compartment 2, against another wall 2A, 2C, 2D of compartment 2, without departing from the scope of the invention.
  • the invention also relates as such to a method for refrigerating a compartment 2 for transporting heat-sensitive goods, which is advantageously implemented by means of the cryogenic unit described above. Consequently, the preceding description is valid for the refrigeration process according to the invention, just as the elements of the description set out below concerning the process are also valid for the cryogenic unit, the compartment 2 and the road transport vehicle refrigeration mentioned above.
  • the refrigeration process according to the invention is a process in which a cryogen is circulated within a pipe formed by a bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11 which forms part of an evaporator, said tubes 7, 8, 9, 10, 11 each extending longitudinally along a respective central axis X-X' and being interconnected to form said pipe.
  • each of said tubes 7, 8, 9, 10, 11 of bundle 4 carries a respective individual series of fins which each rise between a lower edge integral with the tube and a free upper edge belonging to a fictitious cylindrical surface.
  • said tubes being distributed in one or more layers 12, 13, 14 staggered parallel to a first plane P1.
  • the method according to the invention further includes generation of a forced air flow 16 between an inlet 17 and an outlet 18 located respectively upstream and downstream of said bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11 for that said forced air flow 16 passes between said tubes 7, 8, 9, 10, 11 in order to achieve an air/cryogen heat exchange.
  • said tubes 7, 8, 9, 10, 11 are arranged relative to each other so that the quotient R of the distance d between the respective central axes X-X' of two tubes 7, 9 adjacent by the diameter D0 of said fictitious cylindrical surface C is not less than 120%.
  • the air flow 16 follows, between said inlet 17 and said bundle 4 of tubes 7, 8, 9, 10, 11, an incident trajectory T substantially parallel to a second plane P2, said first and second planes P1, P2 being inclined relative to each other to form between them a non-zero acute angle a, which is preferably not less than 2°, and preferably is not less than 3 °, so even more preferably is between 3 and 20°, or between 3 and 15°, and in a particularly advantageous manner between 3 and 8°.
  • a which is preferably not less than 2°, and preferably is not less than 3 °, so even more preferably is between 3 and 20°, or between 3 and 15°, and in a particularly advantageous manner between 3 and 8°.
  • the refrigeration process in accordance with the invention allows optimum refrigeration over a long period, without the need to carry out defrosting operations by thermal input or mechanical action.
  • the method comprises:
  • a first temperature lowering step during which cryogen is injected in the liquid state into the pipe, while the forced air flow 16 is generated between said inlet 17 and outlet 18, to lower the temperature within compartment 2 from an initial value to a predetermined defrosting value of between 3° and 10°C, preferably of the order of 6°C,
  • a defrosting step during which the injection of cryogen into the pipe is stopped while maintaining the forced air flow 16 between said inlet 17 and exit 18 for a fixed period
  • a second temperature lowering step during which cryogen is injected in the liquid state into said pipe, while said forced air flow 16 is generated between said inlet 17 and outlet 18, to lower the temperature within said compartment 2 from said predetermined defrosting value to a set value below 0°C.
  • the invention allows refrigeration of a compartment 2 for transporting heat-sensitive goods over a long period without defrosting, and therefore without stopping the production of cold, which makes it possible to ensure a complete distribution round while minimizing the energy consumption and noise pollution.
  • the invention finds its industrial application in the design, manufacture and use of cryogenic refrigeration units.

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Abstract

Groupe cryogénique comprenant un évaporateur avec un faisceau (4) de tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) s'étendant chacun selon un axe (X, X'), chacun desdits tubes portant une série d'ailettes et étant répartis en nappe(s) (12, 13, 14) en quinconce parallèle(s) à un premier plan (P1 ), ledit groupe comprenant un dispositif (15) de génération d'un flux d'air forcé (16), caractérisé en ce que ledit flux d'air suit, entre ladite entrée (17) et ledit faisceau (4), une trajectoire (T) parallèle à un deuxième plan (P2) incliné par rapport au premier plan (P1 ).

Description

GROUPE CRYOGÉNIQUE DE RÉFRIGÉRATION ET PROCÉDÉ DE RÉFRIGÉRATION ASSOCIÉ
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine technique général de la carrosserie automobile, et plus précisément au domaine de la carrosserie pour véhicules routiers, du genre camions ou remorques, par exemple pour le transport frigorifique.
La présente invention concerne plus particulièrement un groupe cryogénique de réfrigération d’un compartiment de transport de marchandises thermosensibles, ledit groupe cryogénique comprenant un échangeur thermique air / cryogène qui inclut un évaporateur, ledit évaporateur comprenant un faisceau de tubes s’étendant chacun longitudinalement selon un axe central respectif, lesdits tubes étant reliés entre eux pour former une canalisation au sein de laquelle est destiné à circuler ledit cryogène, chacun desdits tubes portant une série individuelle respective d’ailettes qui s’élèvent chacune entre un bord inférieur solidaire du tube et un bord supérieur libre appartenant à une surface cylindrique fictive coaxiale audit tube, lesdits tubes étant répartis en une ou plusieurs nappes en quinconce parallèle(s) à un premier plan, ledit échangeur thermique comprenant un dispositif de génération d’un flux d’air forcé entre une entrée et une sortie situées respectivement en amont et en aval dudit faisceau de tubes pour que ledit flux d’air forcé passe entre lesdits tubes.
La présente invention concerne également un compartiment de transport de marchandises thermosensibles associé à un groupe cryogénique.
La présente invention concerne par ailleurs un véhicule routier de transport frigorifique de marchandises qui comprend un compartiment de marchandises thermosensibles associé à un groupe cryogénique.
La présente invention concerne enfin un procédé de réfrigération d’un compartiment de transport de marchandises thermosensibles dans lequel on fait circuler un cryogène au sein d’une canalisation formée par un faisceau de tubes qui fait partie d’un évaporateur, lesdits tubes s’étendant chacun longitudinalement selon un axe central respectif et étant reliés entre eux pour former ladite canalisation, chacun desdits tubes portant une série individuelle respective d’ailettes qui s’élèvent chacune entre un bord inférieur solidaire du tube et un bord supérieur libre appartenant à une surface cylindrique fictive coaxiale audit tube, lesdits tubes étant répartis en une ou plusieurs nappes en quinconce parallèle(s) à un premier plan, ledit procédé incluant une génération d’un flux d’air forcé entre une entrée et une sortie situées respectivement en amont et en aval dudit faisceau de tubes pour que ledit flux d’air forcé passe entre lesdits tubes afin de réaliser un échange thermique air / cryogène.
TECHNIQUE ANTERIEURE
Il est connu, dans le domaine du transport frigorifique, de recourir à des échangeurs à azote liquide pour maintenir le compartiment frigorifique des camions de livraison à une température appropriée permettant le maintien de la chaîne du froid pour des marchandises thermosensibles (par exemple alimentaires).
Cette solution technique, qui consiste à injecter de l'azote liquide dans un faisceau de tubes lui-même balayé par un flux d'air forcé mis en circulation dans le compartiment frigorifique, donne globalement satisfaction. En effet, elle ne nécessite pas la mise en œuvre d'un compresseur, et s'avère être de ce fait particulièrement silencieuse et respectueuse de l'environnement, avec notamment des émissions de CO2 minimale.
Les groupes cryogéniques de réfrigération connus n’en présentent pas moins des inconvénients sérieux.
Ainsi, un inconvénient majeur des solutions cryogéniques connues réside dans leur vulnérabilité aux phénomènes de givrage, qui affectent significativement la performance frigorifique et nécessitent de recourir à des dispositifs et procédés plus ou moins complexes de dégivrage afin de maintenir dans un état fonctionnel le groupe cryogénique. Ce phénomène de givrage est particulièrement présent dans le transport frigorifique routier, en raison de la nécessité, au cours d'une tournée de distribution, d'ouvrir à de multiples reprises, au gré des différentes livraisons, le compartiment frigorifique. Plus précisément, la formation de givre, favorisée par les multiples séquences d'ouverture / fermeture du compartiment frigorifique, vient affecter le transfert thermique entre les tubes et le flux d'air forcé, voire même interrompre complètement le flux d'air lorsque des blocs solides de givre se forment entre les tubes et bloquent la circulation d’air.
Pour remédier à ce problème, il est connu de mettre en œuvre des séquences de dégivrage consistant à soumettre l’échangeur à un apport de chaleur (sous la forme par exemple d’un flux d'air chaud) ou à une action mécanique (sous la forme par exemple de vibrations) pour faire fondre et/ou détacher le givre formé entre et sur les tubes.
Ces mesures techniques de dégivrage, si elles permettent de supprimer efficacement le givre, nécessitent toutefois de recourir à des moyens additionnels thermiques ou mécaniques qui complexifient le groupe cryogénique, en majorent le coût, la masse et l’encombrement, tout en accroissant le risque de défaillance. Ces moyens connus de dégivrage entraînent en outre une augmentation de la température au sein du compartiment, ce qui est susceptible de conduire à une rupture de la chaîne du froid, surtout si les séquences de dégivrage se multiplient. Ces séquences de dégivrage entraînent en outre une consommation additionnelle d'énergie qui peut être significative, avec une émission de CO2 et des nuisances sonores. Les techniques connues de dégivrage nécessitent en outre un pilotage extrêmement précis pour obtenir un dégivrage satisfaisant, qui suppose notamment de mettre en œuvre l'action de suppression du givre (par apport thermique ou action mécanique) pendant une durée strictement adaptée. En effet, la mise en œuvre d'une durée de dégivrage trop courte risque de ne pas conduire à un dégivrage suffisant, tandis que la mise en œuvre d'une durée de dégivrage trop longue entraîne une surconsommation énergétique, et une augmentation de la température dans le compartiment qui peut nuire à la chaîne du froid. Les moyens de pilotage requis pour optimiser le dégivrage viennent encore complexifier le groupe cryogénique et en accroître le coût.
En définitive, les groupes cryogéniques connus mis en œuvre au sein des compartiments frigorifiques de véhicules routiers s'avèrent être généralement lourds, encombrants, onéreux, complexes à maintenir et à utiliser. Leur conception entraîne en outre des risques en matière de fiabilité et d'arrêt de production de froid en raison du givrage. EXPOSE DE L’INVENTION
Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à remédier aux différents inconvénients énumérés précédemment, et à proposer un nouveau groupe cryogénique de réfrigération d'un compartiment de transport de marchandises thermosensibles, dont la construction, tout en étant particulièrement simple, compacte et économique, permet de réduire drastiquement les interruptions de fonctionnement dues au givre, tout en minimisant la consommation énergétique ainsi que les nuisances sonores et environnementales, y compris dans un contexte (tournées de livraison par exemple) impliquant l’ouverture à de multiples reprises du compartiment de transport destiné à être refroidi par ledit groupe cryogénique.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un nouveau groupe cryogénique de réfrigération d'un compartiment de transport de marchandises thermosensibles dont la conception permet de conserver en permanence une capacité frigorifique suffisante pour maintenir le compartiment à basse température pendant une longue période, même si le compartiment est ouvert à de multiples reprises pendant la période en question, et pour procéder à des redescentes en température jusqu'à -15 ou -20 °C par exemple.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau groupe cryogénique de réfrigération d'un compartiment de transport de marchandises thermosensibles, qui présente un rendement élevé tout en étant particulièrement fiable et capable de produire du froid de façon continue.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau groupe cryogénique de réfrigération d'un compartiment de transport de marchandises thermosensibles dont la conception permet une intégration facile et avec un minimum d'encombrement au sein du compartiment à réfrigérer.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau groupe cryogénique de réfrigération d'un compartiment de transport de marchandises thermosensibles dont la conception présente un excellent compromis entre l'encombrement d'une part et la puissance frigorifique d'autre part. Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau groupe cryogénique de réfrigération d'un compartiment de transport de marchandises thermosensibles qui, tout en étant de construction particulièrement compacte, fiable et robuste, est capable de fonctionner sans arrêt de production de froid pendant la totalité d'une journée de travail, y compris lorsque le compartiment est soumis à de nombreux cycles d’ouverture / fermeture.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau groupe cryogénique de réfrigération d'un compartiment de transport de marchandises thermosensibles dont la conception permet de mettre en œuvre un dégivrage naturel, sans apport d'énergie thermique ou mécanique additionnelle dédié.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau compartiment de transport de marchandises thermosensibles dont la conception permet un maintien efficace de la température interne, garantissant un maintien rigoureux de la chaîne du froid sur une longue période de temps.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau véhicule de transport frigorifique de marchandises particulièrement respectueux de l'environnement, dont la conception permet de limiter les nuisances sonores et qui maintient efficacement la chaîne du froid, sans interruption de la production de froid, sur une longue période de temps, correspondant par exemple à une tournée de livraison complète s'étendant sur une journée de travail.
Un autre objet de l'invention vise enfin à proposer un nouveau procédé de réfrigération d'un compartiment de transport de marchandises thermosensibles permettant de réduire drastiquement les interruptions de fonctionnement dues au givre, tout en minimisant la consommation énergétique ainsi que les nuisances sonores et environnementales, y compris dans un contexte (tournées de livraison par exemple) impliquant l’ouverture à de multiples reprises du compartiment de transport.
Les objets assignés à l’invention sont atteints à l’aide d’un groupe cryogénique de réfrigération d’un compartiment de transport de marchandises thermosensibles, ledit groupe cryogénique comprenant un échangeur thermique air / cryogène qui inclut un évaporateur, ledit évaporateur comprenant un faisceau de tubes s’étendant chacun longitudinalement selon un axe central respectif, lesdits tubes étant reliés entre eux pour former une canalisation au sein de laquelle est destiné à circuler ledit cryogène, chacun desdits tubes portant une série individuelle respective d’ailettes qui s’élèvent chacune entre un bord inférieur solidaire du tube et un bord supérieur libre appartenant à une surface cylindrique fictive coaxiale audit tube, lesdits tubes étant répartis en une ou plusieurs nappes en quinconce parallèle(s) à un premier plan, ledit échangeur thermique comprenant un dispositif de génération d’un flux d’air forcé entre une entrée et une sortie situées respectivement en amont et en aval dudit faisceau de tubes pour que ledit flux d’air forcé passe entre lesdits tubes, ledit groupe cryogénique étant caractérisé en ce que lesdits tubes sont disposés les uns par rapport aux autres de façon que le quotient de la distance entre les axes centraux respectifs de deux tubes adjacents par le diamètre de ladite surface cylindrique fictive ne soit pas inférieur à 120%, ledit dispositif de génération du flux d’air forcé étant agencé pour que ledit flux d’air suive, entre ladite entrée et ledit faisceau de tubes, une trajectoire incidente sensiblement parallèle à un deuxième plan, lesdits premier et deuxième plans étant inclinés l’un par rapport à l’autre pour former entre eux un angle aigu non nul.
Les objets assignés à l’invention sont également atteints à l’aide d’un compartiment de transport de marchandises thermosensibles caractérisé en ce qu’il est associé à un groupe cryogénique qui est conforme à ce qui précède et dont le faisceau de tubes est disposé à l’intérieur dudit compartiment.
Les objets assignés à l’invention sont par ailleurs atteints à l’aide d’un véhicule routier de transport frigorifique de marchandises caractérisé en ce qu’il comprend un compartiment de transport de marchandises thermosensibles conforme à ce qui précède.
Les objets assignés à l’invention sont enfin atteints à l’aide d’un procédé de réfrigération d’un compartiment de transport de marchandises thermosensibles dans lequel on fait circuler un cryogène au sein d’une canalisation formée par un faisceau de tubes qui fait partie d’un évaporateur, lesdits tubes s’étendant chacun longitudinalement selon un axe central respectif et étant reliés entre eux pour former ladite canalisation, chacun desdits tubes portant une série individuelle respective d’ailettes qui s’élèvent chacune entre un bord inférieur solidaire du tube et un bord supérieur libre appartenant à une surface cylindrique fictive coaxiale audit tube, lesdits tubes étant répartis en une ou plusieurs nappes en quinconce parallèle(s) à un premier plan, ledit procédé incluant une génération d’un flux d’air forcé entre une entrée et une sortie situées respectivement en amont et en aval dudit faisceau de tubes pour que ledit flux d’air forcé passe entre lesdits tubes afin de réaliser un échange thermique air / cryogène, ledit procédé étant caractérisé en ce que lesdits tubes sont disposés les uns par rapport aux autres de façon que le quotient de la distance entre les axes centraux respectifs de deux tubes adjacents par le diamètre de ladite surface cylindrique fictive ne soit pas inférieur à 120%, et en ce que ledit flux d’air suit, entre ladite entrée et ledit faisceau de tubes, une trajectoire incidente sensiblement parallèle à un deuxième plan, lesdits premier et deuxième plans étant inclinés l’un par rapport à l’autre pour former entre eux un angle aigu non nul.
DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS
D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux dessins annexés, donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, dans lesquels :
La Figure 1 illustre, selon une vue schématique en perspective de dessus, un échangeur thermique d’un groupe cryogénique selon l’invention, destiné à assurer la réfrigération d'un compartiment de transport de marchandises thermosensibles (non représenté), la trajectoire incidente du flux d’air forcé frappant le faisceau de tubes de l’échangeur thermique dudit groupe cryogénique étant représenté par des flèches, ledit échangeur thermique étant destiné à être disposé au sein dudit compartiment, en l’espèce sur et contre le toit de ce dernier.
La Figure 2 illustre, selon une vue schématique en perspective de dessus, des détails de réalisation de l’échangeur de la figure 1 .
La Figure 3 illustre les détails de réalisation de la figure 2, selon cette fois une vue schématique en perspective de dessous.
La Figure 4 illustre l’échangeur des figures 1 à 3 selon une vue en perspective coupée longitudinalement. La Figure 5 illustre, selon une vue en coupe, un compartiment de transport de marchandises thermosensibles selon l’invention, équipé de l’échangeur thermique des figures 1 à 4, la trajectoire dudit flux d’air forcé circulant au sein du faisceau de tubes de l’échangeur thermique étant représentée par des flèches.
La Figure 6 illustre, selon une vue schématique latérale, un tube qui fait partie de l'échangeur des figures 1 à 4.
La Figure 7 illustre, selon une vue schématique en coupe, un détail de l'agencement en quinconce des tubes de l’échangeur des figures 1 à 4.
MEILLEURE MANIERE DE REALISER L’INVENTION
L'invention concerne, selon un premier aspect, un groupe cryogénique de réfrigération d'un compartiment 2 de transport de marchandises thermosensibles. Le compartiment 2 en question est avantageusement embarqué par un véhicule de transport frigorifique de marchandises. Le véhicule de transport frigorifique en question est par exemple un véhicule routier, de préférence un camion, une camionnette ou tout autre véhicule équipé d'un compartiment 2 destiné à recevoir des marchandises pour les transporter par la route. Ledit véhicule routier de transport frigorifique est par exemple un camion porteur qui inclut un compartiment 2 reposant sur son châssis, derrière la cabine de conduite. Alternativement, le véhicule routier en question est un véhicule articulé qui comprend un tracteur auquel est relié une semi-remorque qui elle-même embarque le compartiment 2.
L'invention concerne par ailleurs en tant que tel un compartiment 2 de transport de marchandises thermosensibles associé audit groupe cryogénique selon l'invention.
L'invention concerne également en tant que tel un véhicule routier de transport frigorifique de marchandises qui comprend un compartiment 2 de transport de marchandises thermosensibles associé audit groupe cryogénique, ledit groupe cryogénique étant avantageusement embarqué par ledit véhicule.
Plus précisément, le compartiment 2 comprend des parois délimitant un volume intérieur V de chargement destiné à accueillir les marchandises thermosensibles. De préférence, le compartiment 2 se présente sous la forme d'une caisse parallélépipédique comprenant un plancher 2A destiné à reposer par exemple sur un châssis du véhicule. Le compartiment 2 comporte également dans ce cas une paroi latérale gauche et une paroi latérale droite qui s'élèvent verticalement latéralement à partir du plancher 2A et sont reliées entre elles, au niveau de leurs bords supérieurs respectifs, par un toit 2B, lequel s'étend par exemple sensiblement parallèlement au plancher 2A. Enfin, le compartiment 2 comprend avantageusement une façade avant 2C et une façade arrière 2D, sensiblement parallèles entre elles, qui viennent fermer le volume intérieur V destiné à accueillir les marchandises transportées. Lesdites marchandises sont avantageusement constituées de denrées périssables, par exemple des denrées alimentaires. Dans ce mode de réalisation préférentiel, les parois 2A, 2B, 2C, 2D du compartiment 2 incluent des matériaux d'isolation thermique, pour limiter autant que possible la déperdition de frigories au cours du transport. Le compartiment 2 présente donc dans ce cas un caractère qualifié d'isotherme dans le domaine concerné. Bien entendu, le compartiment 2 est classiquement équipé d'un système d'accès (non illustré) qui permet d'accéder, depuis l'extérieur du compartiment 2, au volume intérieur V pour charger et décharger la marchandise thermosensible transportée. Par exemple, le système d'accès est destiné à équiper la façade arrière 2D du compartiment 2. Il inclut de préférence un dormant délimitant une ouverture d'accès à l'intérieur du compartiment 2, ainsi qu'un ouvrant qui équipe ledit dormant et est conçu pour évoluer entre une configuration ouverte de libération de l'ouverture d'accès et une configuration fermée d'obturation de l'ouverture d'accès.
Le groupe cryogénique selon l'invention forme un module de réfrigération conçu pour être associé au compartiment 2, afin de maintenir la température au sein du volume intérieur V à un niveau compatible avec le transport des marchandises thermosensibles concernées. La température au sein du compartiment 2 est par exemple maintenue, au moyen du groupe cryogénique, à une valeur comprise entre 0°C et 6°C, ou entre -6°C et -12°C, ou encore entre -18°C et -25°C, en fonction de la nature des marchandises (aliments frais, produits pharmaceutiques, produits congelés...).
Le groupe cryogénique comprend, comme illustré aux figures, un échangeur thermique 1 qui fonctionne en boucle ouverte et constitue avantageusement un échangeur à injection indirecte de cryogène. Plus précisément, l'échangeur thermique 1 est un échangeur thermique air / cryogène qui inclut un évaporateur au sein duquel est destiné à être injecté, de préférence à l'état liquide, le cryogène. À cette fin, le groupe cryogénique comprend, ou est avantageusement destiné à être connecté à, un dispositif d’injection de cryogène à l’état liquide dans l’échangeur thermique 1 , lequel dispositif d’injection de cryogène comprend par exemple un réservoir (non illustré) destiné à contenir le cryogène à l’état liquide, et de préférence sous pression. Le réservoir en question est avantageusement relié, par exemple par une conduite d’admission 5, à l’évaporateur dudit échangeur thermique air / cryogène 1 . Un système d'électrovannes, relié à, et piloté par, une unité de commande est par exemple prévu pour contrôler l’alimentation de l’évaporateur en cryogène liquide à partir dudit réservoir via la conduite d’admission 5. A cette fin, l’unité de de commande est avantageusement associée à des capteurs (par exemple des capteurs de température) et/ou à une interface de commande (pour régler la température au sein du compartiment 2 par exemple). De préférence, ledit cryogène est de l’azote, auquel cas le réservoir susvisé contient de l’azote liquide qui est injecté dans l’évaporateur pour y subir, au fil de sa circulation dans l’évaporateur, une transformation de phase conduisant l’azote liquide à se transformer en azote gazeux qui est rejeté dans l’atmosphère par une conduite d'échappement 6 de l’évaporateur. L’invention n'est bien entendu pas limitée à la mise en œuvre d'azote liquide, et tout autre fluide cryogénique tel que le CO2 peut bien entendu être mis en œuvre de manière alternative.
Comme illustré aux figures, ledit évaporateur comprend un faisceau 4 de tubes s'étendant chacun longitudinalement selon un axe central X-X’ respectif. Dans le mode de réalisation illustré aux figures, lesdites tubes sont au nombre de 24, répartis en l’espèce en trois nappes 12, 13, 14 de 8 tubes chacune. Afin de faciliter la compréhension et par souci de concision, seulement cinq tubes 7, 8, 9, 10, 11 parmi les vingt-quatre tubes du mode de réalisation illustré ont été repérés par des références sur les figures annexées, mais la description qui suit concerne bien entendu, sauf mention contraire, tous les tubes du faisceau 4. L’invention n’est bien sûr pas limitée à la mise en œuvre d’un nombre de tubes particulier, ni à un nombre de nappes spécifique.
Les tubes 7, 8, 9, 10, 11 du faisceau 4 sont avantageusement identiques les uns aux autres, éventuellement à leurs longueurs respectives près. Chaque tube 7, 8, 9, 10, 11 est préférentiellement réalisé en un matériau métallique, par exemple en cuivre. Les tubes 7, 8, 9, 10, 11 de l’évaporateur sont avantageusement disposés de façon parallèle les uns aux autres, de sorte que leurs axes centraux respectifs X-X’ sont parallèles les uns aux autres.
Chacun desdits tubes 7, 8, 9, 10, 11 du faisceau 4 porte, comme illustré aux figures 6 et 7, une série individuelle respective d'ailettes 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11 A, afin d’obtenir un échange thermique performant. En d'autres termes, les ailettes portées par chaque tube 7, 8, 9, 10, 11 sont séparées et indépendantes des ailettes portées par les autres tubes. Cela signifie que les ailettes portées par un tube sont distinctes et indépendantes des ailettes portées par un autre tube du faisceau 4. La figure 6 illustre ainsi un tube 7 du faisceau 4, lequel tube 7 porte une série d'ailettes 7A, 7B, 7C, 7D formées par exemple par une unique pièce enroulée en spirale autour du tube 7 et sertie à ce dernier. L’invention n'est toutefois pas limitée à la mise en oeuvre d'ailettes formées par une seule et même pièce hélicoïdale sertie, et il est par exemple parfaitement envisageable, sans pour autant que l'on sorte du cadre de l'invention, que les ailettes 7A, 7B, 7C, 7D soient formées par des pièces distinctes les unes des autres et/ou soient fixées au tube 7 par une technique autre que le sertissage (soudage...).
Les ailettes 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11A sont avantageusement réalisées en un matériau métallique, et de préférence réalisées en un matériau identique à celui qui constitue le tube 7 qui les porte. De préférence, les tubes 7, 8, 9, 10, 11 , ainsi que les ailettes 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11A qui leur sont respectivement associées, sont en cuivre ou en aluminium.
Comme illustré aux figures 6 et 7, les tubes du faisceau 4 présentent par exemple tous une même section circulaire, tandis que les ailettes 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11A présentent toutes une forme circulaire s'étendant coaxialement (en hélice ou non) au tube 7, 8, 9, 10, 11 qui les porte respectivement. Il est cependant parfaitement envisageable, sans pour autant que l'on sorte du cadre de l'invention, que les tubes 7, 8, 9, 10, 11 présentent des sections respectives différentes les unes des autres et/ou des sections qui ne sont pas circulaires (par exemple rectangulaires ou carrées). De la même façon, les séries d'ailettes qui équipent respectivement les tubes peuvent être différentes les unes des autres en dimension et/ou en forme. Par exemple, les ailettes peuvent présenter une forme carrée ou rectangulaire sans pour autant que l'on sorte du cadre de l'invention. De façon particulièrement préférentielle, conformément au mode de réalisation illustré aux figures, les tubes 7, 8, 9, 10, 11 sont identiques entre eux et de section circulaire, tout comme les ailettes 7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11A, de sorte que le faisceau 4 est formé, comme illustré, de tubes ailettés identiques les uns aux autres.
Chaque ailette 7A, 7B, 7C, 7D de chaque série s'élève avantageusement entre un bord inférieur solidaire du tube 7 qui la porte et un bord supérieur appartenant à une surface cylindrique fictive C coaxiale audit tube 7. Dans le mode de réalisation illustré aux figures, la surface cylindrique fictive C est de section circulaire, mais il est alternativement tout à fait envisageable, comme évoqué précédemment, que la surface cylindrique C en question présente une section différente, par exemple une section carrée ou rectangulaire, en fonction de la forme des ailettes 7A, 7B, 7C, 7, 8A, 9A, 10A, 11 A portées respectivement par les tubes 7, 8, 9, 10, 11.
Les tubes 7, 8, 9, 10, 11 du faisceau 4 sont reliés entre eux pour former une canalisation au sein de laquelle est destiné à circuler ledit cryogène. Avantageusement ladite canalisation s'étend entre une extrémité d'admission 50, reliée à la conduite d'admission 5, par laquelle ledit cryogène est destiné à être injecté à l'état sensiblement liquide dans ladite canalisation, et une extrémité d'échappement 60 par laquelle ledit cryogène est destiné à être rejeté à l'état sensiblement gazeux à l’extérieur du compartiment 2, après avoir circulé au sein de la canalisation depuis l'extrémité d'admission 50 jusqu'à l’extrémité d'échappement 60.
Comme illustré aux figures, lesdits tubes 7, 8, 9, 10, 11 sont répartis en une ou plusieurs nappes, lesdites nappes incluant par exemple une première nappe 12, une deuxième nappe 13 et une troisième nappe 14, étant entendu que l’invention n’est pas limitée à un nombre de nappes particulier. Lesdites nappes 12, 13, 14 sont disposées en quinconce, c’est-à-dire pour former des rangs de tubes 7, 8, 9, 10, 11 décalés les uns par rapport aux autres, ce qui permet d’optimiser le transfert thermique. Les tubes de chaque nappe 12, 13, 14 sont disposés sensiblement parallèlement les uns aux autres, à équidistance les uns des autres et en alignement, de sorte que leurs axes centraux X-X' respectifs appartiennent à un même plan respectif P3, P4, P5. Lesdites nappes 12, 13,14 sont parallèles les unes aux autres, et parallèles à un premier plan P1 , ce qui signifie que lesdits plans P3, P4, P5 précités sont parallèles audit premier plan P1 . Lesdites première nappe 12, deuxième nappe 13 et troisième nappe 14 sont avantageusement étagées, comme illustré aux figures, c'est-à-dire superposées les unes aux autres, avec la première nappe 12 située en dessous de la deuxième nappe 13, et la deuxième nappe 13 située en dessous de la troisième nappe 14, de sorte que la deuxième nappe 13 est ainsi interposée verticalement entre la première nappe 12 et la troisième nappe 14, selon une disposition en quinconce comme évoqué précédemment.
Avantageusement, les tubes au sein d’une même nappe 12, 13, 14 sont reliés fluidiquement les uns à la suite des autres, de sorte qu'au sein d'une même nappe, deux tubes adjacents sont connectés l'un à l'autre par une de leurs extrémités, les tubes formant ladite nappe étant ainsi reliés en série les uns aux autres. À cette fin, les tubes sont connectés entre eux par des pièces de connexion appropriées, qui se présentent par exemple sous la forme de raccords tubulaires en U comme illustré aux figures.
Conformément à l'invention, l'échangeur thermique 1 comprend, outre l'évaporateur décrit dans ce qui précède, un dispositif 15 de génération d'un flux d'air forcé 16 entre une entrée 17 et une sortie 18 située respectivement en amont et en aval dudit faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11 par rapport au sens de déplacement dudit flux 16, pour que ledit flux d'air forcé 16 passe entre lesdits tubes 7, 8, 9, 10, 11 , traversant ainsi l'évaporateur pour assurer un échange thermique entre ledit flux d'air forcé 16 et les tubes 7, 8, 9, 10, 11 ailettés de l'évaporateur, eux-mêmes refroidis par le cryogène qui circule en leur sein. Ledit flux d'air forcé 16 est ainsi refroidi lorsqu'il traverse l'évaporateur, puis est ensuite injecté dans le volume intérieur V du compartiment 2 pour refroidir ce dernier et/ou le maintenir à une température de consigne, qui est par exemple une température inférieure à 0°C.
Comme illustré aux figures, les tubes 7, 8, 9, 10, 11 de l'évaporateur sont disposés les uns par rapport aux autres de façon que le quotient R de la distance d entre les axes centraux X-X' respectifs de deux tubes 7, 9 adjacents par le diamètre D0 de ladite surface cylindrique fictive C ne soit pas inférieur à 120 % (i.e. R > 1 ,2 avec R=d/D0), et de façon encore plus préférentielle ne soit pas inférieur à 150 %. Cela signifie que chaque tube ailetté 7, 8, 9, 10, 11 est séparé du tube 7, 8, 9, 10, 11 du faisceau 4 qui lui est le plus proche par une distance choisie pour que R soit supérieur ou égal à 120 %. De plus, comme illustré aux figures, ledit dispositif 15 de génération du flux d'air forcé 16 est agencé pour que ledit flux d'air forcé 16 suive, entre ladite entrée 17 et ledit faisceau 4 de tubes, une trajectoire incidente T sensiblement parallèle à un deuxième plan P2, lesdits premier et deuxième plans P1 , P2 étant inclinés l'un par rapport à l'autre pour former entre eux un angle a aigu non nul, c'est-à-dire que 0° < a < 90°. En d'autres termes, le flux d'air forcé 16 frappe les nappes 12, 13, 14 de tubes de l'évaporateur selon une incidence oblique, c'est-à-dire que la trajectoire T suivie par le flux d'air forcé 16 en amont du faisceau 4 de tubes jusqu'à parvenir à ce dernier est parallèle au deuxième plan P2, lesdits premier et deuxième plans P1 , P2 étant sécants comme exposé précédemment.
Grâce à la combinaison des différentes caractéristiques techniques exposées précédemment, savoir :
- le recours à des tubes 7, 8, 9, 10, 11 portant des séries individuelles respectives d'ailettes, lesdites séries étant distinctes et indépendantes les unes des autres de sorte que les ailettes portées par un tube ne sont pas reliées ou confondues avec les ailettes portées par un autre tube,
- la mise en œuvre d'un quotient R supérieur ou égal à 120 %, et
- la mise en œuvre d'une trajectoire incidente T oblique du flux d'air forcé 16 relativement aux nappes 12, 13, 14, avec 0° < a < 90°, le groupe cryogénique peut fonctionner de manière continue sur une longue période de temps, par exemple d’au moins 6 heures, et même d'au moins 7 heures ou encore d'au moins 8 heures ou même d'au moins 10 heures, en fonction du nombre d'ouvertures du compartiment 2, sans qu'il ne soit nécessaire de recourir, pour dégivrer, à une interruption de la production de froid. Ainsi, grâce à la combinaison de caractéristiques exposée dans ce qui précède, le groupe cryogénique peut fonctionner sans interruption de dégivrage pendant une durée suffisante pour permettre d'accomplir une tournée de livraison complète, par exemple sur toute une journée, y compris avec de nombreuses ouvertures du compartiment 2. L’invention s’avère ainsi particulièrement intéressante pour assurer des opérations de transport et de distribution frigorifiques, puisqu'elle permet de maintenir une production de froid constante, sans interruption pour dégivrage, et évite une consommation additionnelle d'énergie thermique ou mécanique pour assurer un dégivrage. Il s'avère en effet que la combinaison d'un quotient R de valeur suffisante, d'une inclinaison a entre la trajectoire T du flux d'air incident et les nappes 12, 13, 14, ainsi que le recours à des tubes ailettés indépendants les uns des autres, permet d'éviter la formation de blocs ou plaques de givre au sein d'une même nappe 12, 13, 14 et/ou entre les nappes 12, 13, 14, ce qui pourrait bloquer le flux d'air 16 et ainsi empêcher l'échange thermique air / cryogène nécessaire pour refroidir le compartiment 2.
Grâce au recours à des tubes à ailettes indépendants, on constate que du givre peut effectivement se déposer sur les ailettes mais n'est pas en mesure, grâce aux autres caractéristiques (R >120 % et 0 < a < 90°) de former des plaques ou blocs entre les ailettes de tubes différents, ce qui permet de maintenir un passage libre pour le flux d'air forcé 16. Grâce à cet arrangement, un débit d'air suffisant peut-être maintenu au sein de l'évaporateur, entre les tubes 7, 8, 9, 10, 11 de ce dernier, ce qui permet de conserver une capacité frigorifique suffisante pour maintenir la température du compartiment 2 et pouvoir accomplir des redescentes en températures jusqu'à -15°C ou -20°C par exemple.
L’invention a permis d’établir que, y compris dans les conditions les plus favorables au givrage (par exemple lorsque le compartiment 2 est ouvert à de multiples reprises), le givrage de l’échangeur 1 est susceptible de se dérouler comme suit :
- le givre se fixe d'abord sur les tubes les plus froids, c'est-à-dire les premiers tubes recevant l'azote liquide en évaporation à -190°C (tubes de la première nappe 12 dont le premier tube est raccordé à la conduite d’admission 5) ;
- au fur et à mesure, les tubes les plus froids se chargent de givre et l'échange thermique diminue dans les tubes givrés, ce qui entraîne l'évaporation du liquide plus loin dans la canalisation formée par les tubes 7, 8, 9, 10, 11.
La puissance frigorifique diminue ainsi progressivement, mais l'air est malgré tout en mesure de passer entre les tubes 7, 8, 9, 10, 11. Le maintien d’un débit d’air entre l’entrée 17 et la sortie 18 permet ainsi de conserver une puissance frigorifique suffisante. En effet, grâce à l'inclinaison a des premier et deuxième plans P1 , P2, et à l'écartement entre les tubes ailettés 7, 8, 9, 10, 11 reflété par le fait que le quotient R est supérieur ou égal à 120 %, les éventuels plaques ou blocs de givres qui tendent à se former entre les tubes 7, 8, 9, 10, 11 sont facilement éjectés par le flux d'air forcé 16, ce qui permet, même dans les situations les plus défavorables, de maintenir la puissance frigorifique du groupe cryogénique à un niveau dégradé correspondant à au moins 30 % de la puissance frigorifique nominale. Ce niveau dégradé s'avère suffisant en pratique pour opérer une tournée de livraison complète, sur une journée, sans avoir à recourir à une opération de dégivrage nécessitant l'arrêt de la production de froid par le groupe cryogénique.
L'invention permet ainsi d'éviter d'avoir à recourir à des moyens additionnels spécifiques de dégivrage, en particulier des moyens thermiques ou mécaniques susceptibles de conduire à une rupture de la chaîne du froid et à une consommation énergétique additionnelle.
De préférence, la ou lesdites nappes 12, 13, 14 sont orientées en pente ascendante de l'amont vers l'aval par rapport au sens d'écoulement dudit flux d'air forcé 16. Par exemple, le deuxième plan P2 s'étend sensiblement horizontalement, tandis que la ou lesdites nappes 12, 13, 14 sont orientées de préférence en pente ascendante de l'amont vers l'aval par rapport au sens d'écoulement dudit flux d'air forcé 16. En d'autres termes, comme cela ressort notamment de la figure 5, chaque nappe 12, 13, 14 suit une pente croissante dans le sens du flux d'air forcé 16, avec le tube le plus à l'amont de chaque nappe située à une altitude inférieure à celle du tube le plus à l'aval de chaque nappe 12, 13, 14. Cette disposition en pente ascendante permet de tirer parti au mieux de la gravité pour empêcher la formation de blocs de givre entre les tubes ailettés 7, 8, 9, 10, 11 et permet aussi de collecter les condensats de façon optimale, par exemple dans un bac 19 disposé sous le faisceau 4 de tubes, ledit bac 19 faisant également office de carter de canalisation de l’air. Il est cependant alternativement envisageable que le deuxième plan P2 s’étende selon une autre direction, par exemple sensiblement verticalement, sans pour autant que l’on sorte du cadre de l’invention.
De préférence, afin d'obtenir un effet de dégivrage et d’antigivrage suffisant, ledit angle a aigu non nul n'est pas inférieur à 2°, et de façon encore plus préférentielle n'est pas inférieur à 3°. En particulier, le recours à un angle a supérieur à 3° contribue à maintenir en toutes circonstances un débit d'air suffisamment élevé entre les tubes 7, 8, 9, 10, 11 dudit faisceau 4, ce qui permet de conserver une puissance frigorifique suffisante. Grâce à cette inclinaison, une vitesse d'air régulière sur toute la surface de l'échangeur peut être conservée sans accroître inconsidérément les pertes et tout en facilitant l'écoulement des condensais. Afin que le groupe cryogénique présente un caractère aussi compact que possible, l'angle α aigu non nul formé par les premier et deuxième plans P1 , P2 est avantageusement inférieur à 30°, de façon encore plus préférentielle inférieur à 20°, et de façon particulièrement avantageuse inférieur à 10°. Avantageusement, ledit angle α formé par les premier et deuxième plans P1 , P2 est compris entre 3° et 20°, de préférence entre 3° et 15°, et de façon encore plus préférentielle entre 3° et 8°, ce qui permet de conférer un caractère extrêmement compact et peu encombrant au groupe cryogénique, tout en permettant de conserver des propriétés d'antigivrage et de dégivrage suffisantes, grâce à la mise en œuvre combinée des autres caractéristiques décrites dans ce qui précède.
Avantageusement, pour chaque tube 7, 8, 9, 10, 11 du faisceau 4, le quotient Q du diamètre D0 dudit cylindre fictif C par le diamètre extérieur D1 du tube 7, 8, 9, 10, 11 concerné n'est pas inférieur à 200 %, c'est-à-dire que Q > 2, avec Q=D0/D1. Cette caractéristique permet un excellent compromis entre la performance en matière d'échange thermique d'une part et la limitation du givrage d'autre part.
De préférence, afin de d'optimiser encore ce compromis entre performance de refroidissement d’une part et protection contre le givrage d’autre part, les ailettes 7A, 7B, 7C, 7D portées par chaque tube 7 sont espacées entre elles, au sein d'une même série individuelle d'ailettes, d'une distance P comprise entre 3 et 10 mm, de préférence comprise entre 5 et 7 mm. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 6, mettant en œuvre des ailettes 7A, 7B, 7C, 7D constituées par une unique pièce enroulée hélicoïdalement autour du tube 7, ladite distance P entre chaque ailette 7A, 7B, 7C, 7D correspond au pas de l'hélice formée par la pièce en question. Le recours à une distance P comprise dans les plages préférentielles susvisées permet là encore un excellent compromis entre la minimisation du risque de blocage dû au givrage d'une part et l'efficacité de transfert thermique d'autre part.
Avantageusement, le dispositif 15 de génération du flux d’air forcé 16 comprend au moins un ventilateur 20 centrifuge incluant une roue de ventilation 21 montée mobile à rotation selon un axe de rotation Y-Y' qui est de préférence sensiblement perpendiculaire audit deuxième plan P2. De préférence, dans le mode de réalisation illustré aux figures, le groupe cryogénique est conçu pour que ledit axe de rotation Y-Y' soit sensiblement vertical, ledit deuxième plan P2 étant dans ce cas sensiblement horizontal comme évoqué précédemment. Dans le mode de réalisation illustré aux figures, le dispositif 15 de génération du flux d'air forcé 16 comprend quatre ventilateurs centrifuges disposés les uns à côté des autres pour balayer le faisceau 4 de tubes 7 ,8, 9, 10, 11 sur toute son étendue (i.e. sur toute la largeur de l’évaporateur, qui correspond sensiblement à la longueur des tubes). L'invention n'est toutefois pas limitée à un nombre particulier de ventilateurs, ni même spécifiquement au recours à des ventilateurs centrifuges. Il est par exemple parfaitement envisageable de recourir à un nombre plus élevé ou moins élevé de ventilateurs, ainsi qu'à un type de ventilateur différent (par exemple un ventilateur axial) sans pour autant que l'on sorte du cadre de l'invention. Le recours à un ou plusieurs ventilateurs 20 centrifuges est toutefois préféré, pour des raisons non seulement de compacité mais également d’efficacité et de performance. Chaque ventilateur 20 centrifuge est préférentiellement positionné relativement au faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11 de façon que le flux d'air forcé 16 en sortie du ventilateur 20 suive une trajectoire T transversale à la direction d'extension longitudinale des tubes 7, 8, 9, 10, 11 formant le faisceau 4 de l’évaporateur. Grâce à cet agencement particulier, le groupe cryogénique présente un encombrement réduit et est facile à implanter au sein du compartiment 2, tout en permettant un échange thermique efficace et une limitation significative des phénomènes de givrage.
Comme illustré aux figures, chaque ventilateur 20 centrifuge peut être disposé à l'amont du faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11 en considération du sens du flux d'air forcé 16. Dans ce cas, le ventilateur 20 aspire de l'air sein du compartiment 2, selon une direction d'aspiration sensiblement parallèle à l'axe de rotation Y-Y', et refoule ensuite l'air ainsi aspiré sur le faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11. De cette façon, le flux d'air forcé 16 ainsi généré circule entre l'entrée 17 et la sortie 18, en passant entre les tubes 7, 8, 9, 10, 11 (comme illustré par les flèches entres les tubes sur la figure 5), ce qui entraîne le refroidissement du flux d’air forcé 16. Le flux d'air 16 expulsé au niveau de la sortie 18 présente donc une température inférieure au flux d'air incident au niveau de l'entrée 17, en raison de l'échange thermique opéré entre le flux d'air forcé 16 et le faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11 eux-mêmes refroidis par le cryogène circulant en leur sein de l'extrémité d'admission 50 jusqu'à l'extrémité d'échappement 60. En d’autres termes, le flux d’air forcé forme un flux d’air expulsé au niveau de la sortie 18 et un flux d’air incident au niveau de l’entrée 17, la température du flux d’air expulsé étant inférieure à celle du flux d’air incident.
Il est toutefois alternativement possible que le ventilateur 20 centrifuge soit disposé à l'aval du faisceau 4 de tubes, entre le faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11 et la sortie 18, sans pour autant que l'on sorte du cadre de l'invention.
Chaque ventilateur 20 est par exemple logé dans un boîtier ou capotage qui forme en sortie de ventilateur (dans le cas où le ventilateur 20 est disposé à l’amont du faisceau 4 de tubes) une gaine d’air 3 impartissant au flux d’air forcé 16 la trajectoire incidente T. Dans le cas où le ventilateur 20 est disposé à l’aval du faisceau 4 de tubes, la gaine d’air 3 est formée par un boîtier ou capotage qui canalise l’air à l’amont du faisceau 4 de tubes. Le deuxième plan P2 correspond ainsi à l’orientation de la gaine d’air 3, de sorte que l’angle a précité est à considérer par rapport à l’axe de la gaine d’air 3.
Conformément au mode de réalisation illustré aux figures, lesdites première nappe 12, deuxième nappe 13 et troisième nappe 14 forment respectivement un premier, un deuxième et un troisième tronçon de ladite canalisation. Le premier tronçon en question s'étend avantageusement entre une première extrémité primaire 120 correspondant à ladite extrémité d'admission 50 et une deuxième extrémité primaire 121. Le deuxième tronçon, qui est formé par la deuxième nappe 13, s'étend quant à lui entre une première extrémité secondaire 130 et une deuxième extrémité secondaire 131 , tandis que le troisième tronçon s'étend quant à lui entre une première extrémité tertiaire 140 et une deuxième extrémité tertiaire 141. Avantageusement, ladite deuxième extrémité primaire 121 est connectée fluidiquement à la fois avec ladite première extrémité secondaire 130 et avec ladite première extrémité tertiaire 140, lesdites deuxièmes extrémités secondaire 131 et tertiaire 141 correspondant quant à elles à ladite extrémité d'échappement 60. En d'autres termes, dans ce mode de réalisation avantageux, la première nappe 12 est reliée, à son extrémité 130 opposée à l'extrémité d’admission 50, à la fois à la deuxième nappe 13 et à la troisième nappe 14, au moyen par exemple, comme illustré, d'un raccord en « T ». De la même façon, les deuxième et troisième nappes 13, 14 sont reliés au niveau de leurs deuxièmes extrémités secondaire 131 et tertiaire 141 à la conduite d'échappement 6 par un raccord en « T » au niveau de l'extrémité d’échappement 60. Avantageusement, la longueur du premier tronçon formé par la première nappe 12 est choisie pour que le cryogène, qui est avantageusement injecté à l'état liquide dans la canalisation au niveau de l'extrémité d'admission 50, se trouve sensiblement entièrement à l'état gazeux au voisinage de ladite deuxième extrémité primaire 121 , de sorte que le cryogène circule ensuite à l'état gazeux à la fois dans la deuxième nappe 13 et la troisième nappe 14 jusqu'à être expulsé à l'extérieur du compartiment 2 par la conduite d'échappement 6.
Grâce à ces caractéristiques de distribution et de dimensionnement particulières des nappes 12, 13, 14 de tubes, les pertes de charges sont minimisées et l'efficacité de l'échangeur thermique est accrue, en particulier lorsque le cryogène utilisé est de l'azote, injecté à l'état liquide dans la canalisation. De préférence, le cryogène circule dans les tubes de la première nappe 12 selon une direction globale qui est la même que celle du flux d'air forcé 16, ladite direction globale correspondant à la direction de la première extrémité primaire 120 vers la deuxième extrémité primaire 121 , tandis que dans les deuxième nappe 13 et troisième nappe 14, le cryogène (avantageusement à l'état gazeux) circule selon une trajectoire globale opposée à celle du flux d'air forcé 16. Cette mise en œuvre d'une première nappe 12 au sein de laquelle le cryogène circule à l'état liquide à co-courant, puis de deux nappes 13, 14 montées en parallèle et dans laquelle le cryogène circule à l'état gazeux à contre-courant, permet une optimisation de l'échange thermique et contribue avantageusement, en relation avec les autres caractéristiques du groupe cryogénique décrites ci-avant, à minimiser la prise en givre du faisceau 4 de tubes ailettés 7, 8, 9, 10, 11 formant l'évaporateur de l’échangeur 3.
Avantageusement, le groupe cryogénique comprend, outre le dispositif d'injection de cryogène à l'état liquide dans ladite canalisation évoqué précédemment, un capteur de température (non illustré) pour mesurer la température au sein dudit compartiment 2, ainsi qu’un dispositif de réglage de la température au sein dudit compartiment 2. Le dispositif d'injection de cryogène à l'état liquide dans la canalisation comprend avantageusement, comme évoqué précédemment, un réservoir pressurisé pour stocker le cryogène à l'état liquide, ainsi que la conduite d'alimentation 5, avantageusement associée à une ou plusieurs électrovannes. Le dispositif de réglage en question (non illustré) comprend quant à lui avantageusement au moins une interface de saisie d'une valeur de consigne, ainsi qu'une unité de commande du dispositif d'injection de cryogène et du dispositif 15 de génération du flux d'air forcé 16. Ladite unité de commande est avantageusement conçue pour mettre en œuvre la séquence de commande suivante, lorsque la valeur de consigne est inférieure à 0°C et que la valeur mesurée par le capteur de température est égale à une valeur initiale qui est supérieure à une valeur prédéterminée de dégivrage comprise entre 3 et 10 °C, de préférence comprise entre 4 et 8 °C, de façon encore plus préférentielle sensiblement égale à 6 °C:
- commander lesdits dispositifs d'injection de cryogène et dispositif 15 de génération du flux d'air forcé 16 pour faire descendre la température mesurée par ledit capteur de température de ladite valeur initiale jusqu'à ladite valeur prédéterminée de dégivrage ;
- lorsque la valeur mesurée par le capteur de température atteint ladite valeur prédéterminée de dégivrage, stopper toute injection de cryogène dans la canalisation par le dispositif d'injection de cryogène, tout en maintenant une circulation d'air entre lesdits tubes du faisceau 4 au moyen dudit dispositif 15 de génération du flux d'air forcé pendant une durée déterminée ; en d'autres termes, lors de cette étape le cryogène ne circule plus au sein de la canalisation de l'évaporateur mais la circulation d'air forcé 16 est quant à elle maintenue, c'est-à- dire que le ou les ventilateurs 20 formant avantageusement le dispositif 15 de génération du flux d'air forcé 16 restent en fonctionnement ;
- à l'issue de ladite durée déterminée, commander les dispositif d'injection de cryogène et dispositif 15 de génération du flux d'air forcé 16 pour faire descendre la température mesurée par ledit capteur de température de ladite valeur prédéterminée de dégivrage jusqu'à ladite valeur de consigne, laquelle est par exemple inférieure à -10°C.
La durée déterminée précitée peut consister avantageusement en une durée prédéterminée fixe, par exemple comprise entre 5 et 20 minutes, de préférence entre 10 et 20 minutes, de préférence de l'ordre de 15 minutes, ou en une durée variable et/ou paramétrable, qui dépend par exemple de l'écart entre la température mesurée au sein du volume intérieur V du compartiment 2 et la température de l'air refroidi expulsé au niveau de la sortie 18. Il est par exemple envisageable de stopper l'injection de cryogène tout en maintenant la circulation d'air entre les tubes tant que ledit écart est supérieur à une valeur prédéterminée, par exemple est supérieur à 2 °C. La séquence d’étapes exposée dans ce qui précède consiste ainsi en substance à déclencher, pendant la descente en température pour atteindre la température de consigne inférieure à 0°C, un dégivrage « naturel » de l’échangeur 1 , obtenu uniquement en stoppant la circulation de cryogène au sein des tubes 7, 8, 9, 10, 11 de l'échangeur 1 tout en maintenant concomitamment le flux d'air forcé 16. Le déclenchement de ce dégivrage « naturel » est avantageusement mis en œuvre lorsque la température au sein du compartiment 2 atteint une valeur comprise entre 3 et 10°, de préférence 6° (valeur prédéterminée de dégivrage), ce qui permet d'éliminer la plus grande partie de l'humidité au sein du compartiment 2 déjà piégée par la première descente en température de la valeur initiale jusqu'à ladite valeur prédéterminée de dégivrage. Une fois cette phase de dégivrage « naturel » effectuée, une deuxième descente en température pour atteindre la température de consigne est mise en œuvre. Ce processus de dégivrage « naturel » mis en œuvre pendant la descente en température permet d'améliorer encore le temps de fonctionnement de l'échangeur 1 en diminuant la charge de givre sur ce dernier.
L'invention permet ainsi de disposer d'un groupe cryogénique particulièrement efficace et compact, qui peut fonctionner sur une longue période sans nécessité de procéder à des opérations longues, fastidieuses et énergivores de dégivrage par action mécanique ou thermique. L’échangeur thermique 1 dudit groupe cryogénique est avantageusement disposé au sein du compartiment 2 de transport de marchandises thermosensibles selon l'invention de façon telle que le faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11 , qui forme la ou les nappes 12, 13, 14, est disposé à l'intérieur du compartiment 2, tout comme de préférence le dispositif 15 de génération du flux d'air forcé 16. De façon préférentielle, l’échangeur 1 est entièrement disposé à l'intérieur du compartiment 2, et est alimenté en cryogène liquide par la conduite d'admission 5 en provenance de l'extérieur du compartiment 2, tandis que le cryogène gazeux est rejeté, après échange thermique, en dehors du compartiment 2 par la conduite d'échappement 6 qui relie la canalisation à l'extérieur du compartiment 2. De façon préférentielle, comme illustré aux figures, l’échangeur thermique 1 est disposé, au sein du volume intérieur V du compartiment 2, contre le toit 2B du compartiment 2, dont la paroi contribue avantageusement à former, avec le bac 19, un caisson au sein duquel est disposé le faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11 , comme illustré. Il est cependant alternativement envisageable que ledit échangeur 1 soit disposé, au sein du volume intérieur V du compartiment 2, contre une autre paroi 2A, 2C, 2D du compartiment 2, sans pour autant que l’on sorte du cadre de l’invention. Enfin, l'invention concerne également en tant que tel un procédé de réfrigération d'un compartiment 2 de transport de marchandises thermosensibles, qui est avantageusement mis en œuvre au moyen du groupe cryogénique décrit dans ce qui précède. Par conséquent, la description qui précède est valable pour le procédé de réfrigération selon l'invention, de même que les éléments de description exposés ci-après concernant le procédé sont également valables pour le groupe cryogénique, le compartiment 2 et le véhicule routier de transport frigorifique évoqués dans ce qui précède.
Le procédé de réfrigération selon l'invention est un procédé dans lequel on fait circuler un cryogène au sein d'une canalisation formée par un faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11 qui fait partie d'un évaporateur, lesdits tubes 7, 8, 9, 10, 11 s'étendant chacun longitudinalement selon un axe central X-X' respectif et étant reliés entre eux pour former ladite canalisation. Comme exposé précédemment, chacun desdits tubes 7, 8, 9, 10, 11 du faisceau 4 porte une série individuelle respective d'ailettes qui s'élèvent chacune entre un bord inférieur solidaire du tube et un bord supérieur libre appartenant à une surface cylindrique fictive C coaxiale audit tube, lesdits tubes étant répartis en une ou plusieurs nappes 12, 13, 14 en quinconce parallèles à un premier plan P1. Le procédé selon l'invention inclut en outre une génération d'un flux d’air forcé 16 entre une entrée 17 et une sortie 18 situées respectivement en amont et en aval dudit faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11 pour que ledit flux d'air forcé 16 passe entre lesdits tubes 7, 8, 9, 10, 11 afin de réaliser un échange thermique air / cryogène.
Comme exposé précédemment en relation avec le groupe cryogénique, lesdits tubes 7, 8, 9, 10, 11 sont disposés les uns par rapport aux autres de façon que le quotient R de la distance d entre les axes centraux X-X’ respectifs de deux tubes 7, 9 adjacents par le diamètre D0 de ladite surface cylindrique fictive C ne soit pas inférieur à 120 %.
Selon le procédé de l’invention, le flux d’air 16 suit, entre ladite entrée 17 et ledit faisceau 4 de tubes 7, 8, 9, 10, 11 , une trajectoire incidente T sensiblement parallèle à un deuxième plan P2, lesdits premier et deuxième plans P1 , P2 étant inclinés l’un par rapport à l’autre pour former entre eux un angle a aigu non nul, qui de préférence n'est pas inférieur à 2°, et de préférence n’est pas inférieur à 3°, de façon encore plus préférentielle est compris entre 3 et 20°, ou entre 3 et 15°, et de façon particulièrement avantageuse entre 3 et 8°.
Le procédé de réfrigération conforme à l'invention permet une réfrigération optimale sur une longue durée, sans nécessité de procéder à des opérations de dégivrage par apport thermique ou action mécanique.
Avantageusement, le procédé comprend :
- une première étape de descente en température, au cours de laquelle du cryogène est injecté à l'état liquide dans la canalisation, tandis que le flux d'air forcé 16 est généré entre lesdites entrée 17 et sortie 18, pour faire descendre la température au sein du compartiment 2 d'une valeur initiale jusqu'à une valeur prédéterminée de dégivrage compris entre 3° et 10 °C, de préférence de l’ordre de 6°C,
- lorsque la température au sein du compartiment 2 atteint ladite valeur prédéterminée de dégivrage, une étape de dégivrage, au cours de laquelle on stoppe l'injection de cryogène dans la canalisation tout en maintenant le flux d'air forcé 16 entre lesdites entrée 17 et sortie 18 pendant une durée déterminée,
- à l'issue de ladite durée déterminée, une deuxième étape de descente en température au cours de laquelle du cryogène est injecté à l'état liquide dans ladite canalisation, tandis que ledit flux d'air forcé 16 est généré entre lesdites entrée 17 et sortie 18, pour faire descendre la température au sein dudit compartiment 2 de ladite valeur prédéterminée de dégivrage jusqu'à une valeur de consigne inférieure à 0°C.
En définitive, l'invention permet une réfrigération d'un compartiment 2 de transport de marchandises thermosensibles sur une longue durée sans dégivrage, et donc sans stopper la production de froid, ce qui permet d'assurer une tournée complète de distribution tout en minimisant la consommation énergétique et les nuisances sonores.
POSSIBILITE D’APPLICATION INDUSTRIELLE
L’invention trouve son application industrielle dans la conception, la fabrication et l’utilisation de groupes cryogéniques de réfrigération.

Claims

REVENDICATIONS
1. Groupe cryogénique de réfrigération d’un compartiment (2) de transport de marchandises thermosensibles, ledit groupe cryogénique comprenant un échangeur thermique (1 ) air/ cryogène qui inclut un évaporateur, ledit évaporateur comprenant un faisceau (4) de tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) s’étendant chacun longitudinalement selon un axe central (X, X’) respectif, lesdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) étant reliés entre eux pour former une canalisation au sein de laquelle est destiné à circuler ledit cryogène, chacun desdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) portant une série individuelle respective d’ailettes (7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11 A) qui s’élèvent chacune entre un bord inférieur solidaire du tube et un bord supérieur libre appartenant à une surface cylindrique fictive (C) coaxiale audit tube, lesdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) étant répartis en une ou plusieurs nappes (12, 13, 14) en quinconce parallèle(s) à un premier plan (P1 ), ledit échangeur thermique (1 ) comprenant un dispositif (15) de génération d’un flux d’air forcé (16) entre une entrée (17) et une sortie (18) situées respectivement en amont et en aval dudit faisceau (4) de tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) pour que ledit flux d’air forcé passe entre lesdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ), ce qui entraîne le refroidissement du flux d’air forcé (16), le flux d'air expulsé au niveau de la sortie (18) présentant donc une température inférieure au flux d'air incident au niveau de l'entrée (17), ledit groupe cryogénique étant caractérisé en ce que lesdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) sont disposés les uns par rapport aux autres de façon que le quotient (R) de la distance (d) entre les axes centraux (X, X’) respectifs de deux tubes (7, 9) adjacents par le diamètre (D0) de ladite surface cylindrique fictive (C) ne soit pas inférieur à 120%, ledit dispositif (15) de génération du flux d’air forcé (16) étant agencé pour que ledit flux d’air suive, entre ladite entrée (17) et ledit faisceau (4) de tubes, une trajectoire incidente (T) sensiblement parallèle à un deuxième plan (P2), lesdits premier et deuxième plans (P1 , P2) étant inclinés l’un par rapport à l’autre pour former entre eux un angle (a) aigu non nul.
2. Groupe cryogénique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit angle (a) aigu non nul n’est pas inférieur à 2°, de préférence n’est pas inférieur à 3°.
3. Groupe cryogénique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit quotient (R) de la distance (d) entre les axes centraux respectifs (X, X’) de deux tubes (7, 9) adjacents par le diamètre (DO) de ladite surface cylindrique fictive (C) n’est pas inférieur à 150%.
4. Groupe cryogénique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la ou lesdites nappe(s) (12, 13, 14) est (sont) orientée(s) en pente ascendante de l’amont vers l’aval par rapport au sens d’écoulement dudit flux d’air forcé (16).
5. Groupe cryogénique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que pour chaque tube (7, 8, 9, 10, 11 ) le quotient (Q) du diamètre (D0) dudit cylindre fictif (C) par le diamètre extérieur (D1 ) du tube (7, 8, 9, 10, 11 ) n’est pas inférieur à 200 %.
6. Groupe cryogénique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdites ailettes (7A, 7B, 7C, 7D) portées par chaque tube (7) sont espacées entre elles d’une distance (P) comprise entre 3 et 10 mm, de préférence comprise entre 5 et 7 mm.
7. Groupe cryogénique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite canalisation s’étend entre une extrémité d’admission (50) par laquelle ledit cryogène est destiné à être injecté à l’état sensiblement liquide dans ladite canalisation et une extrémité d’échappement (60) par laquelle ledit cryogène est destiné à être rejeté à l’état sensiblement gazeux.
8. Groupe cryogénique selon la revendication précédente caractérisé en ce que lesdites nappes (12, 13, 14) incluent au moins une première nappe (12), une deuxième nappe (13) et une troisième nappe (14) formant respectivement un premier, un deuxième et un troisième tronçon de ladite canalisation, ledit premier tronçon s’étendant entre une première extrémité primaire (120) correspondant à ladite extrémité d’admission (50) et une deuxième extrémité primaire (121 ), ledit deuxième tronçon s’étendant quant à lui entre une première extrémité secondaire (130) et une deuxième extrémité secondaire (131 ) tandis que ledit troisième tronçon s’étend entre une première extrémité tertiaire (140) et une deuxième extrémité tertiaire (141 ), ladite deuxième extrémité primaire (121 ) étant connectée fluidiquement à la fois avec ladite première extrémité secondaire (130) et avec ladite première extrémité tertiaire (140), lesdites deuxièmes extrémités secondaire (131 ) et tertiaire (141 ) correspondant à ladite extrémité d’échappement (60).
9. Groupe cryogénique selon la revendication précédente caractérisé en ce que la longueur dudit premier tronçon est choisie pour que le cryogène se trouve sensiblement entièrement à l’état gazeux au voisinage de ladite deuxième extrémité primaire (121 ).
10. Groupe cryogénique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit cryogène est de l’azote.
11. Groupe cryogénique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif (15) de génération du flux d’air forcé (16) comprend au moins un ventilateur (20) centrifuge incluant une roue de ventilation (21 ) montée mobile à rotation selon un axe de rotation (Y, Y’) qui est sensiblement perpendiculaire audit deuxième plan (P2).
12. Groupe cryogénique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit axe de rotation (Y, Y’) est sensiblement vertical.
13. Groupe cryogénique selon la revendication 11 ou 12 caractérisé en ce que ledit ventilateur (20) centrifuge est disposé à l’amont ou à l’aval dudit faisceau (4) de tubes (7, 8, 9, 10, 11 ).
14. Groupe cryogénique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit angle (a) aigu est compris entre 3° et 20°, de préférence entre 3° et 15°, de façon encore plus préférentielle entre 3° et 8°.
15. Groupe cryogénique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif d’injection de cryogène à l’état liquide dans ladite canalisation, un capteur de température pour mesurer la température au sein dudit compartiment (2), ainsi qu’un dispositif de réglage de la température au sein dudit compartiment (2), ledit dispositif de réglage comprenant au moins une interface de saisie d’une valeur de consigne ainsi qu’une unité de commande du dispositif d’injection de cryogène et du dispositif (15) de génération du flux d’air forcé (16), ladite unité de commande étant conçu pour mettre en œuvre la séquence de commande suivante, lorsque la valeur de consigne est inférieure à 0°C et que la valeur mesurée par ledit capteur de température est égale à une valeur initiale qui est supérieure à une valeur prédéterminée de dégivrage comprise entre 3°C et 10°C:
- commander lesdits dispositif d’injection de cryogène et dispositif (15) de génération du flux d’air forcé (16) pour faire descendre la température mesurée par ledit capteur de température de ladite valeur initiale jusqu’à ladite valeur prédéterminée de dégivrage ;
- lorsque la valeur mesurée par ledit capteur de température atteint ladite valeur prédéterminée de dégivrage, stopper toute injection de cryogène dans la canalisation par le dispositif d’injection de cryogène tout en maintenant une circulation d’air entre lesdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) au moyen dudit dispositif de génération du flux d’air forcé pendant une durée déterminée ;
- à l’issue de ladite durée déterminée, commander lesdits dispositif d’injection de cryogène et dispositif (15) de génération du flux d’air forcé (16) pour faire descendre la température mesurée par ledit capteur de température de ladite valeur prédéterminée de dégivrage jusqu’à ladite valeur de consigne. Compartiment (2) de transport de marchandises thermosensibles caractérisé en ce qu’il est associé à un groupe cryogénique selon l’une quelconque des revendications précédentes dont le faisceau (4) de tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) est disposé à l’intérieur dudit compartiment (2). Véhicule routier de transport frigorifique de marchandises caractérisé en ce qu’il comprend un compartiment (2) de transport de marchandises thermosensibles selon la revendication précédente. Procédé de réfrigération d’un compartiment (2) de transport de marchandises thermosensibles dans lequel on fait circuler un cryogène au sein d’une canalisation formée par un faisceau (4) de tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) qui fait partie d’un évaporateur, lesdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) s’étendant chacun longitudinalement selon un axe central (X, X’) respectif et étant reliés entre eux pour former ladite canalisation, chacun desdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) portant une série individuelle respective d’ailettes (7A, 7B, 7C, 7D, 8A, 9A, 10A, 11A) qui s’élèvent chacune entre un bord inférieur solidaire du tube et un bord supérieur libre appartenant à une surface cylindrique fictive (C) coaxiale audit tube, lesdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) étant répartis en une ou plusieurs nappes (12, 13, 14) en quinconce parallèle(s) à un premier plan (P1 ), ledit procédé incluant une génération d’un flux d’air forcé (16) entre une entrée (17) et une sortie (18) situées respectivement en amont et en aval dudit faisceau (4), de tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) pour que ledit flux d’air forcé (16) passe entre lesdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) afin de réaliser un échange thermique air / cryogène, ce qui entraîne le refroidissement du flux d’air forcé (16), le flux d'air expulsé au niveau de la sortie (18) présentant donc une température inférieure au flux d'air incident au niveau de l'entrée (17), ledit procédé étant caractérisé en ce que lesdits tubes (7, 8, 9, 10, 11 ) sont disposés les uns par rapport aux autres de façon que le quotient (R) de la distance (d) entre les axes centraux (X, X’) respectifs de deux tubes (7, 9) adjacents par le diamètre (D0) de ladite surface cylindrique fictive (C) ne soit pas inférieur à 120%, et en ce que ledit flux d’air (16) suit, entre ladite entrée et ledit faisceau (4) de tubes (7, 8, 9, 10, 11 ), une trajectoire incidente sensiblement parallèle à un deuxième plan (P2), lesdits premier et deuxième plans (P1 , P2) étant inclinés l’un par rapport à l’autre pour former entre eux un angle (a) aigu non nul. Procédé de réfrigération selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’il comprend :
- une première étape de descente en température, au cours de laquelle du cryogène est injecté à l’état liquide dans ladite canalisation, tandis que ledit flux d’air forcé (16) est généré entre lesdites entrée (17) et sortie (18), pour faire descendre la température au sein dudit compartiment (2) d’une valeur initiale jusqu’à une valeur prédéterminée de dégivrage comprise entre 3°C et 10°C,
- lorsque la température au sein dudit compartiment (2) atteint ladite valeur prédéterminée de dégivrage, une étape de dégivrage au cours de laquelle on stoppe l’injection de cryogène dans la canalisation tout en maintenant ledit flux d’air forcé (16) entre lesdites entrée (17) et sortie (18) pendant une durée déterminée,
- à l’issue de ladite durée déterminée, une deuxième étape de descente en température au cours de laquelle du cryogène est injecté à l’état liquide dans ladite canalisation, tandis que ledit flux d’air forcé (16) est généré entre lesdites entrée (17) et sortie (18), pour faire descendre la température au sein dudit compartiment (2) de ladite valeur prédéterminée de dégivrage jusqu’à une valeur de consigne inférieure à 0°C.
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