FR2882811A1 - Systeme de regulation de la temperature d'une enceinte pour la preservation et le transport de produits perissables par echange controle avec un fluide cryogenique - Google Patents
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Abstract
Une Enceinte (20) pour la préservation et le transport de produits périssables sous froid contrôlé, du type comprenant un compartiment (2) de chargement des produits, un logement (1) apte à recevoir une réserve (3) de froid cryogénique, ainsi que des moyens permettant de transférer des frigories depuis la réserve de froid vers les matières périssables, lesdits moyens comportant une surface d'échange thermique entre la réserve et le volume de chargement, et se caractérisant en ce que la réserve de froid est thermiquement isolée et en ce que l'on dispose d'au moins une surface d'échange (6) déportée par rapport audit logement ainsi que de moyens de commande (5, 10, 8, 9...) permettant d'envoyer, sur demande, un flux dudit cryogène vers ladite surface d'échange déportée.
Description
La présente invention concerne les enceintes de transport de matières sous
froid contrôlé, notamment le transport des matières périssables.
Le transport des matières périssables, en particulier de produits alimentaires, nécessite de plus en plus souvent un contrôle très strict de la température de ces produits dans une gamme de température très étroite (par exemple 0 C à +/- 2 C). Un abus de température peut par exemple donner lieu à un développement d'une flore d'altération, voire pathogène, une température trop basse pouvant en sens inverse mener à un début de congélation non maîtrisée avec le risque d'éclatement des cellules par formation de gros cristaux de glace.
Les enceintes de transport subissent des contraintes importantes de chocs, stationnement sur quais de déchargement, etc... et doivent être particulièrement robustes et garantir de façon autonome le maintien de la température de consigne.
On connaît par exemple des enceintes réfrigérées de transport de produits alimentaires, mettant en oeuvre une masse de neige carbonique dans la partie supérieure de l'enceinte, réserve de froid peu ou mal isolée, échangeant avec les denrées au travers d'une surface d'échange (typiquement la paroi séparant la boite froide du compartiment de stockage des denrées), ou encore réalisant une circulation de gaz froid (résultant de la sublimation de la réserve de neige carbonique) par convection dans une double enveloppe constituée par les parois latérales de l'enceinte. On pourra par exemple se reporter aux documents suivants: EP-337 860, WO 98/40680 ou encore EP-631 096.
On peut souligner que dans ces enceintes antérieures, le contrôle de l'apport de froid dans le temps aux denrées est quasiment inexistant, en quelque sorte on peut dire que la masse de CO2 vit sa vie sans qu'un contrôle réel puisse s'exercer.
La présente invention vise à proposer un dispositif sans pièces tournantes ( ventilateur etc...), présentant un nombre très limité de pièces mobiles et ne nécessitant pas d'apport énergétique, pour l'autorégulation de la température d'une enceinte fermée. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, le nouvel arrangement proposé ici met en oeuvre une réserve de froid isolée, ainsi qu'une surface d'échange déportée, que l'on active quand cela est nécessaire (typiquement quand on constate une élévation de température au delà d'une consigne prédéfinie dans le compartiment de stockage des produits). Selon la présente invention, et contrairement aux systèmes de l'art antérieur, la réserve de froid et la surface d'échange avec les denrées sont découplées.
La présente invention concerne alors une enceinte pour la préservation et le transport de produits périssables sous froid contrôlé, du type comprenant: - un compartiment de chargement des produits, - un logement apte à recevoir une réserve de froid cryogénique, - ainsi que des moyens permettant de transférer des frigories depuis la réserve de froid vers les produits périssables, lesdits moyens comportant une surface d'échange thermique entre la réserve et le compartiment de chargement, et se caractérisant en ce que la réserve de froid est thermiquement isolée et en ce que l'on dispose d'au moins une surface d'échange déportée par rapport audit logement ainsi que de moyens de commande permettant d'envoyer, sur demande, un flux dudit cryogène vers ladite surface d'échange déportée.
On doit entendre par la notion de réserve de froid cryogénique selon la présente invention des formes variées, qu'il s'agisse de la version traditionnelle d'une réserve de liquide cryogénique (par exemple de l'azote liquide ou encore du CO2 liquide) surmontée de sa phase vapeur, ou qu'il s'agisse de formes plus élaborées, par exemple une masse poreuse sorte d'éponge- qui peut accueillir dans sa structure du liquide cryogénique (donc autre forme de stockage qui se caractérise par sa facilité de transport, sa stabilité etc....).
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - ladite surface d'échange déportée est constituée d'un 5 échangeur thermique situé dans ledit compartiment de chargement des produits.
- ledit échangeur thermique est un échangeur de type radiateur à surface plane ou à tubes, avec ou sans ailettes, ou encore à micro-canaux.
- l'enceinte comporte un système d'évent permettant l'échappement vers l'extérieur de l'enceinte ou vers l'intérieur dudit compartiment de chargement des produits, des gaz résultant de la vaporisation ou de la sublimation du cryogène dans ladite surface d'échange.
- lesdits moyens de commande comportent: - une vanne, positionnée sur une canalisation reliant la phase liquide de la réserve de froid cryogénique à l'échangeur thermique, - au moins une sonde d'évaluation de la température dans le compartiment de chargement des produits; ainsi que - des moyens de rétroaction permettant, en cas d'élévation de température au delà d'une consigne donnée dans le compartiment de chargement des produits, d'ordonner l'ouverture de la vanne et l'envoi dans l'échangeur d'une quantité déterminée de cryogène.
- lesdits moyens de commande comportent un moyen de mesure de la pression régnant dans la réserve de froid, ainsi que des moyens de rétablir cette pression si nécessaire à une valeur de consigne déterminée.
- lesdits moyens de commande comportent un pont thermique situé dans ledit logement, apte à relier thermiquement l'extérieur de l'enceinte et la réserve de froid cryogénique.
- le pont thermique est constitué de deux pièces de matériaux bons conducteurs de la chaleur, et d'un dispositif entrefer variable entre les deux pièces du pont thermique, apte à être avancé ou rétracté d'entre les deux pièces pour réaliser ou non la jonction thermique entre l'extérieur de l'enceinte et la réserve de cryogène.
- l'avancement ou rétractation du dispositif entrefer est pilotable en fonction du résultat de la mesure de pression et le positionnement de ce résultat par rapport à la dite valeur de consigne de pression.
La présente invention concerne également un procédé de contrôle et régulation de la température dans une enceinte pour la préservation et le transport de produits périssables sous froid contrôlé, enceinte du type comprenant: - un compartiment de chargement des produits, - un logement apte à recevoir une réserve de froid cryogénique, - ainsi que des moyens permettant de transférer des frigories depuis la réserve de froid vers les matières périssables, lesdits moyens comportant une surface d'échange thermique entre la réserve et le volume de chargement, le procédé se caractérisant en ce que la réserve de froid est thermiquement isolée et en ce que l'on dispose d'au moins une surface d'échange déportée par rapport audit logement, et en ce que: i) on effectue une mesure de la température dans le compartiment de chargement des produits; j) on compare la valeur de la température mesurée avec une consigne donnée; k) on rétroagit, selon le résultat de cette comparaison, pour déclencher l'envoi dans l'échangeur d'une quantité déterminée de cryogène.
Selon une des mises en oeuvre du procédé selon l'invention, on procède à la re-pressurisation de la réserve par l'utilisation d'un pont thermique situé dans ledit logement, apte à relier thermiquement l'extérieur de l'enceinte et la réserve de froid cryogénique, de la façon suivante: on shunte l'entrefer des pièces du pont thermique, réalisant la jonction thermique entre l'extérieur et la réserve de cryogène, l'apport de chaleur ainsi réalisé vaporisant une partie du cryogène et permettant ainsi de rétablir la pression dans la réserve.
Selon une des mises en oeuvre de la présente invention, on effectue une mesure de la pression régnant dans la réserve de froid, on effectue une comparaison de la valeur de pression ainsi mesurée avec une valeur de consigne de pression déterminée, et on pilote l'entrefer en fonction du résultat de cette comparaison.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une représentation schématique en section d'une enceinte conforme à l'invention.
- la figure 2 est une représentation schématique en section d'un exemple de réalisation du pont thermique entre l'extérieur de l'enceinte et le réservoir de cryogène et du dispositif entrefer variable entre les deux parties du pont thermique.
On reconnaît sur la figure 1 les éléments suivants. L'enceinte 20 est divisée en deux sections , la partie inférieure 2 est un compartiment de chargement des produits, tandis que la partie haute est constituée d'un logement (ou boite froide ) 1 pouvant recevoir une réserve 3 de froid cryogénique, par exemple une réserve d'azote liquide, ou encore de CO2 liquide.
On ne détaillera pas ici le dispositif de remplissage 4 de la boite froide, pas plus que le système d'isolation de la boite froide, bien connus par ailleurs de l'homme du métier.
On sait que typiquement, ces enceintes sont destinées à transporter des denrées périssables (par exemple des produits alimentaires) dans des conditions de température de 0 C à 10 C, voire 0 C à 5 C, voire pour les produits les plus sensibles 0 C à 2 C voire 2 C, à + /-2 C.
On note aussi la présence des éléments suivants: - sous la référence 5, un vanne de fuite réglable ou encore une vanne d'expansion tarée à une valeur pré-déterminée de surpression aval, ou encore une électrovanne, vanne positionnée sur une canalisation reliant la phase liquide de la réserve de froid 3 à un échangeur thermique 6, qui constitue la surface d'échange déportée selon l'invention; - pour le mode de réalisation représenté, les gaz obtenus par vaporisation (ou sublimation selon le cas) du cryogène dans l'échangeur sont évacués vers l'extérieur de l'enceinte au travers d'un évent 7, mais on conçoit que cet évent pourrait également être en configuration de permettre l'évacuation des gaz de vaporisation vers l'intérieur du compartiment, permettant ainsi la récupération des frigories correspondantes.
Dans une telle configuration, on a donc un échappement libre du gaz à une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique, mais selon le cryogène concerné (azote liquide, CO2 liquide,...) on conçoit que l'on pourra également mettre en place le fait que l'échangeur n'évacue pas en échappement libre mais sur par exemple un déverseur (régulateur de pression aval), pour alimenter l'intérieur du compartiment, déverseur taré à une pression avantageuse, par exemple supérieure à 6 bars pour éviter la formation de neige carbonique dans le cas d'une réserve de CO2 liquide.
Selon un des modes de réalisation de l'invention, on dispose d'au moins une sonde de température 10 située dans le compartiment de chargement des produits. Selon le résultat de la mesure de température, et notamment si la température est supérieure à une consigne donnée (par exemple 2 C) on va ordonner (via des moyens classiques bien connus de l'homme du métier et qui n'ont donc pas été détaillés sur la figure), l'ouverture de la vanne 5 et l'envoi clans l'échangeur d'une quantité déterminée de cryogène. La fermeture de la vanne et donc l'arrêt de l'envoi de cryogène ne sera ordonnée que lorsque la température dans le compartiment aura été rétablie à une niveau acceptable (en pratique inférieure ou égale à la consigne).
Bien entendu si le mode de la figure 1 illustre le cas d'un couple sonde de température/vanne, on pourrait également utiliser tout simplement une vanne constituée d'un robinet thermostatique.
On reconnaît également sur la figure le système de pont thermique 8/9, situé dans le logement 1, apte à relier thermiquement l'extérieur de l'enceinte et la réserve de froid cryogénique 3.
En liaison avec la figure 2, le pont thermique est ici constitué de deux pièces 8 de matériaux bons conducteurs de la chaleur (par exemple des plaques de cuivre), et d'un dispositif entrefer 9 variable entre les deux pièces du pont thermique, apte à être avancé ou rétracté d'entre les deux pièces pour réaliser ou non la jonction thermique entre l'extérieur de l'enceinte et la réserve de cryogène.
On conçoit alors tous les avantages de la présence d'un tel pont thermique pour notamment remettre en pression la boite froide après qu'une expulsion de cryogène ait été ordonnée pour aller refroidir l'échangeur 6.
Sur demande du système de commande, on shunte l'entrefer 9, réalisant la jonction thermique entre l'extérieur et le réservoir 3 de cryogène. L'apport de chaleur ainsi réalisé vaporise une partie du cryogène et permet ainsi de rétablir la pression dans la boite 3.
Comme il apparaîtra clairement à l'homme du métier, dans ce qui précède, l'utilisation du pont thermique a été plus particulièrement décrite dans un rôle de remise en pression de la boite froide après qu'une expulsion de cryogène ait été réalisée au travers de la vanne 5 sur constatation d'une anomalie de température dans le compartiment. Néanmoins on comprend immédiatement que le pont thermique pourrait être aussi utilisé, pour réaliser lui même, via l'augmentation de pression qu'il entraîne dans la boite, l'expulsion mécanique, sans intervention d'une vanne de contrôle 5, de cryogène depuis la réserve 3 vers l'échangeur 6. Ainsi, en cas d'élévation de température au delà de la consigne dans le compartiment, la sonde de température (ou la vanne thermostatique) ordonnerait le shunt de l'entrefer 9, réalisant la jonction thermique entre l'extérieur et le réservoir de cryogène, entraînant un apport de chaleur pour vaporiser une partie du cryogène et expulser du cryogène liquide vers l'échangeur 6. Une fois la température de consigne obtenue, le shunt thermique est rétracté et l'apport supplémentaire de frigories est donc supprimé et la température de l'enceinte reste maintenue.
Néanmoins, de par les difficultés de contrôle que ce mode de réalisation implique, ce n'est pas une mode de réalisation de l'invention que la Demanderesse met en avant de façon préférée.
La figure 2 permet de mieux visualiser un mode de réalisation du shunt de l'entrefer: si la pièce mobile 8' conductrice de la chaleur est poussée contre les deux parties 8 du pont thermique, l'entrefer est shunté et la conduction thermique a lieu entre l'extérieur et le réservoir de cryogène, par contre dès qu'elle est rétractée, le pont thermique est coupé et il n'y a plus d'apport de calories au réservoir.
On n'entrera pas ici dans le détail du fait que le déplacement mécanique du shunt 8' peut être facilement réalisé par exemple à partir de la sonde 10 par un système basé sur Ila dilatation d'une colonne de liquide, d'un bilame, ou encore d'un alliage à mémoire de forme, tous dispositifs bien connus de l'homme du métier.
Comme il apparaîtra clairement à l'homme du métier à la lecture de ce qui précède, la présente invention met en oeuvre un prélèvement, sur demande, dans la phase liquide de la boite froide. Bien entendu, on aurait pu également envisager de prélever dans la phase gaz de la boite froide pour envoyer du gaz froid dans l'échangeur. Néanmoins, on conçoit que si une telle mise en oeuvre est techniquement faisable elle est peu intéressante techniquement et en terme de bilan (prélever dans la phase gaz va effondrer la pression dans la boite, le liquide va se mettre à bouillir, sans oublier les risques de formation de neige dans le cas du CO2 etc....) .
Claims (12)
1. Enceinte (20) pour la préservation et le transport de produits périssables sous froid contrôlé, du type comprenant: - un compartiment (2) de chargement des produits, - un logement (1) apte à recevoir une réserve (3) de froid cryogénique, - ainsi que des moyens permettant de transférer des frigories depuis la réserve de froid vers les produits périssables, lesdits moyens comportant une surface d'échange thermique entre la réserve et le compartiment de chargement, caractérisée en ce que la réserve de froid est thermiquement isolée et en ce que l'on dispose d'au moins une surface d'échange (6) déportée par rapport audit logement ainsi que de moyens de commande (5, 10, 8, 9....) permettant d'envoyer, sur demande, un flux dudit cryogène vers ladite surface d'échange déportée.
2. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite surface d'échange déportée est constituée d'un échangeur thermique (6) situé dans ledit compartiment de chargement des produits.
3. Enceinte selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit échangeur thermique est un échangeur de type radiateur à surface plane ou à tubes, avec ou sans ailettes, ou encore à micro-canaux.
4. Enceinte selon l'une des revendication précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un système d'évent (7) permettant l'échappement vers l'extérieur de l'enceinte ou vers l'intérieur dudit compartiment de chargement des produits, des gaz résultant de la vaporisation ou de la sublimation du cryogène dans ladite surface d'échange.
5. Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande comportent: - une vanne (5), positionnée;sur une canalisation reliant la phase liquide de la réserve de froid cryogénique à l'échangeur thermique, - au moins une sonde (10) d'évaluation de la température dans le compartiment de chargement des produits; ainsi que - des moyens de rétroaction permettant, en cas d'élévation de température au delà d'une consigne donnée dans le compartiment de chargement des produits, d'ordonner l'ouverture de la vanne et l'envoi dans l'échangeur d'une quantité déterminée de cryogène.
6. Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande comportent un moyen de mesure de la pression régnant dans la réserve de froid, ainsi que des moyens de rétablir cette pression si nécessaire à une valeur de consigne déterminée.
7. Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande comportent un pont thermique (8, 9, 8') situé dans ledit logement, apte à relier thermiquement l'extérieur de l'enceinte et la réserve de froid cryogénique.
8. Enceinte selon la revendication 7, caractérisée en ce que le pont thermique est constitué de deux pièces de matériaux bons conducteurs de la chaleur, et d'un dispositif entrefer variable entre les deux pièces du pont thermique, apte à être avancé ou rétracté d'entre les deux pièces pour réaliser ou non la jonction thermique entre l'extérieur de l'enceinte et la réserve de cryogène.
9. Enceinte selon la revendication 8 dans sa dépendance à la revendication 6, caractérisée en ce que l'avancement ou rétractation du dispositif entrefer est pilotable en fonction du résultat de la mesure de pression et le positionnement de ce résultat par rapport à la dite valeur de consigne de pression.
10. Procédé de contrôle et régulation de la température dans une enceinte pour la préservation et le transport de produits périssables sous froid contrôlé, enceinte du type comprenant: - un compartiment de chargement des produits, - un logement apte à recevoir une réserve de froid cryogénique, - ainsi que des moyens permettant de transférer des frigories depuis la réserve de froid vers les matières périssables, lesdits moyens comportant une surface d'échange thermique entre la réserve et le volume de chargement, caractérisé en ce que la réserve de froid est thermiquement isolée et en ce que l'on dispose d'au moins une surface d'échange 10 déportée par rapport audit logement, et en ce que: i) on effectue une mesure de la température dans le compartiment de chargement des produits; j) on compare la valeur de la température mesurée avec une consigne donnée; k) on rétroagit, selon le résultat de cette comparaison, pour déclencher l'envoi dans l'échangeur d'une quantité déterminée de cryogène.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on procède à la re-pressurisation de la réserve par l'utilisation d'un pont thermique situé dans ledit logement, apte à relier thermiquement l'extérieur de l'enceinte et la réserve de froid cryogénique, de la façon suivante: on shunte l'entrefer des pièces du pont thermique, réalisant la jonction thermique entre l'extérieur et la réserve de cryogène, .l'apport de chaleur ainsi réalisé vaporisant une partie du cryogène et permettant ainsi de rétablir la pression dans la réserve.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on effectue une mesure de la pression régnant dans la réserve de froid, on effectue une comparaison de la valeur de pression ainsi mesurée avec une valeur de consigne de pression déterminée, et en ce que l'on pilote l'entrefer en fonction du résultat de cette comparaison.
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2005
- 2005-03-02 FR FR0550553A patent/FR2882811B1/fr not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20161130 |