FR2991757A1 - Procede de gestion du fonctionnement de camions frigorifiques utilisant une injection indirecte d'un liquide cryogenique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de gestion du fonctionnement d'un véhicule de transport de produits thermosensibles mettant en oeuvre une injection indirecte d'un cryogène, remarquable en ce que l'on procède à une mesure ou une évaluation de la température de surface d'au moins un des échangeurs du système d'échangeur du camion, et l'on prend en compte cette température de surface pour rétroagir si nécessaire sur l'un ou chacun des paramètres suivants : la puissance de ventilation des moyens de ventilation associés à l'échangeur considéré, et le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré.

Description

La présente invention concerne le domaine des procédés de transport et de distribution de produits thermosensibles, tels les produits pharmaceutiques et les produits alimentaires, en camions frigorifiques, et elle s'intéresse tout particulièrement à l'une des techniques utilisées dans ce type de camions, dite « injection indirecte », qui met en oeuvre un ou plusieurs échangeur(s) de chaleur dans l'enceinte interne où sont transportés les produits (on parle aussi de « chambre », de « boite », de « caisse » isotherme...), échangeur dans lequel circule un fluide cryogénique tel l'azote liquide ou le CO2 liquide, l'enceinte étant par ailleurs munie d'un système de circulation d'air (ventilateurs) mettant en contact cet air avec les parois froides de l'échangeur, ce qui permet ainsi de refroidir l'air interne à la chambre froide du camion, le fluide cryogénique alimentant le ou les échangeur(s) provenant d'un réservoir de cryogène traditionnellement situé sous le camion. Les ambiances maintenues à l'intérieur de la chambre froide peuvent être prévues tant pour des produit frais (typiquement une température voisine de 4°C) que pour des produits surgelés (typiquement une température voisine de -20°C). A titre illustratif, ces échangeurs ou unités frigorifiques peuvent être constitués de spires en cuivre, alimentées en cryogène. Ces spires sont par exemple placées dans une caisse qui guide le flux d'air aspiré par un ventilateur, par exemple, mais ceci n'est qu'illustratif, dans une configuration d'aspiration au sol pour refoulement de l'air au plafond. L'air aspiré est donc refroidi par le contact avec les parois froides des spires alimentées en cryogène. Mais ceci n'est donc qu'un exemple des multiples configurations de positionnements d'échangeurs pratiquées dans cette industrie (verticales, horizontales, au plafond...). La chaleur extraite de l'air permet donc, tout d'abord, une évaporation complète du fluide cryogénique circulant dans l'échangeur, puis une élévation de sa température jusqu'à une température proche de celle de l'enceinte. Le fluide cryogénique en sortie d'échangeur est alors rejeté à l'extérieur après avoir cédé un maximum d'énergie de refroidissement.

De façon bien connue de l'homme du métier, des solutions existent aujourd'hui pour contrôler la température de l'air interne à la caisse stockant les produits transportés, principalement selon des algorithmes de commande de l'ouverture/fermeture des vannes d'alimentation des échangeurs en cryogène. Cependant, suivant les échangeurs utilisés, les échanges thermiques ne sont pas optimisés, tout particulièrement pendant la phase transitoire pendant laquelle la chambre n'a pas atteint encore sa température de consigne (descente ou montée en température) : une surface d'échange insuffisante, un débit du cryogène bridé, une mauvaise distribution du débit du cryogène dans les différents modules des échangeurs utilisés ou encore une mauvaise distribution de l'air au contact des parois de l'échangeur peuvent être à l'origine de tels défauts de performance des échangeurs pendant cette phase.

Rappelons que le contrôle de procédé typiquement mis en oeuvre dans de tels camions fonctionnant en injection indirecte est le suivant : 1- lors de la mise en route du système frigorifique du camion (par exemple au démarrage d'une tournée ou après un arrêt prolongé du système frigorifique pour une raison quelconque) ou encore après une ouverture de porte, on adopte un mode de descente rapide en température (cette industrie nomme cette phase « pull-down »). 2- Une fois la température de consigne atteinte dans la chambre de stockage des produits, on adopte un mode de contrôle/régulation qui permet de maintenir la température de la chambre de stockage des produits à la valeur de la consigne (« maintien »). Et l'une des causes bien identifiées pour expliquer des baisses d'efficacité du ou des échangeurs de la caisse est liée au problème du givrage de ces échangeurs. En effet, l'humidité de l'air inévitable dans l'espace interne du camion, notamment par le fait que cet espace est régulièrement ouvert pour procéder aux chargements et livraisons des produits, cette humidité donc engendre naturellement un dépôt de neige ou givre sur l'échangeur, ce qui va affecter son efficacité puisque la couche de givre forme un isolant thermique autour des tubes. La conséquence de ce phénomène est que dans un cycle classique de 5 fonctionnement de ces échangeurs, par exemple de plus de 20 heures, plusieurs dégivrages au cours de ce cycle seront nécessaires. Une autre conséquence de ce phénomène est la surconsommation de cryogène que ceci va entrainer puisque cette couche de givre constitue une résistance thermique additionnelle. 10 Une des solutions de dégivrage répertoriées dans la littérature est de dégivrer en plaçant des rubans chauffants autour des spires, solution qui n'est pas sans poser des inconvénients : 1- poser des rubans autour des spires diminue la surface d'échange 15 avec les spires, donc le rendement de l'échangeur ; 2- la consommation électrique d'un tel dégivrage (donc l'autonomie électrique des unités cryogéniques qui fonctionnent sur batteries), sans oublier le fait que la place disponible dans le camion est d'autant réduite de même que le poids accepté. 20 3- lors du chauffage des spires par les rubans chauffants, l'injection d'azote et donc l'échangeur doit être à l'arrêt, la température dans la caisse va donc augmenter pendant le temps de dégivrage et de remise au froid des échangeurs. 4- la surconsommation d'azote. 25 D'autres méthodes utilisant des systèmes de production de vibrations (pour faire tomber le givre) sont rapportées dans la littérature, mais le risque de fragilisation de l'échangeur n'est pas négligeable. 30 Un des objectifs de la présente invention est donc de proposer une nouvelle méthode de gestion du fonctionnement de tels camions de transport de produits thermosensibles en injection indirecte, et notamment de gestion de l'alimentation en liquide cryogénique du camion, permettant globalement d'améliorer les performances thermiques du camion, en s'attachant notamment à apporter une solution à la problématique de la formation du givre évoquée ci-dessus, en s'attachant également à optimiser la phase de descente rapide de la température interne au démarrage du groupe cryogénique ou encore après une ouverture de porte. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, on procède selon l'invention à une mesure ou une évaluation de la température de surface d'au moins un des échangeurs du système d'échangeur du camion, et l'on prend en compte cette température de surface (on parle aussi parfois dans ce domaine de température « de peau ») pour rétroagir sur l'un ou chacun des paramètres suivants : la puissance de ventilation des moyens de ventilation associés à l'échangeur considéré, et le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré. Et comme on le détaillera bien ci-dessous, au travers de plusieurs exemples de mise en oeuvre avantageuse, une telle prise en compte de la température de surface et les différentes voies de rétroactions proposées selon l'invention permettent effectivement d'améliorer les aspects évoqués ci-dessus.

Une telle mesure peut être réalisée de façon simple par la pose d'une sonde de température au contact de la paroi de l'échangeur considéré. Mais il est possible également de procéder non pas à une mesure directe par contact mais à une évaluation de cette température de surface, par exemple en considérant la différence de température au soufflage et à la reprise d'air de l'échangeur en question. Expliquons dans ce qui suit de quoi il s'agit au travers d'un des modes de mise en oeuvre d'une telle évaluation : - au tout début du fonctionnement de l'échangeur, par exemple un quart d'heure après le démarrage du groupe cryogénique, quand l'échangeur n'est pas encore encrassé par du givre, on mesure les deux paramètres suivants : i) la température au sein de l'air froid sortant de l'échangeur considéré du fait de l'action de la ventilation (Tsortie air ) ; j) la température au sein de l'air entrant au contact de l'échangeur considéré du fait de l'action de la ventilation (Tentrée air ). - on calcule l'écart entre ces deux températures et l'on conserve cet écart de début de fonctionnement comme référence. - on effectue ultérieurement cette même évaluation (à tout moment de la vie du camion où l'on souhaite évaluer la température de surface de l'échangeur considéré), permettant d'obtenir un écart « ultérieur », que l'on compare à l'écart de référence. L'apparition de givre sur l'échangeur va dégrader cet écart, le réduire, et l'on procèdera à la dite rétroaction (sur la puissance de ventilation des moyens de ventilation associés à l'échangeur considéré et/ou le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré) lorsque la différence entre l'écart ultérieur et l'écart de référence est inférieure à une consigne donnée. A titre d'exemple, on engage une rétroaction à partir d'une différence entre les deux écarts de 3K. Selon une variante de l'invention, on n'évalue pas l'écart au tout début du fonctionnement de l'échangeur et on ne procède pas à la comparaison des écarts dits de référence et ultérieur, on procède en revanche à tout moment de la vie du camion où l'on souhaite évaluer la température de surface de l'échangeur considéré à la mesure des températures Tentrée air et Tsortie air associées à l'échangeur considéré (voir ci-dessus), et l'on procède à la dite rétroaction (sur la puissance de ventilation des moyens de ventilation associés à l'échangeur considéré et/ou le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré) lorsque la différence Tentrée air - Tsortie air est inférieure à une consigne Tcons entrée/sortie.

A titre d'exemple, la consigne en question est située dans la gamme 2-3 K et donc on engage une rétroaction lorsque la différence Tentrée air - Tsortie air est inférieure à 2 à 3K.

Et selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, ladite rétroaction, en fonction d'une évaluation de température de surface telle qu'obtenue selon une des voies ci-dessus, consiste en une augmentation de la puissance de ventilation du système de ventilation associé à cet échangeur considéré. Ce mode de mise en oeuvre se propose de souffler, grâce à cette augmentation de ventilation, le givre qui pourrait être présent à la surface de l'échangeur considéré et récupérer ainsi de la puissance de refroidissement pour l'échangeur. On comprend donc bien que le mode de gestion du fonctionnement du camion proposé ici utilise efficacement une donnée de température de surface pour souffler le givre éventuellement formé, ce qui ne peut être que bénéfique en terme d'efficacité de l'échangeur, donc des performances thermiques globales. Selon un autre des modes de mise en oeuvre de l'invention, lors d'une mise en route du système frigorifique du camion (par exemple au démarrage d'une tournée ou après un arrêt prolongé du système frigorifique pour une raison quelconque) ou encore après une ouverture de porte, on adopte un mode de descente rapide en température de la température interne à l'enceinte selon les deux phases successives suivantes : - durant une première phase, on procède à l'admission du cryogène dans l'échangeur considéré, les moyens de ventilation associés à cet échangeur étant à l'arrêt, cette première phase étant maintenue tant que la dite température de surface est supérieure à une température limite, ladite température limite de surface étant inférieure à -50°C, plus préférentiellement inférieure à -80 °C, et encore plus préférentiellement comprise dans la gamme allant de -90 à -100 °C; - durant une seconde phase suivant la première phase, les moyens de ventilation associés à cet échangeur sont mis en marche, cette seconde phase étant maintenue tant que la température interne à l'enceinte est supérieure à une valeur de consigne pour cette température interne. Durant cette seconde phase, les moyens de ventilation mis en marche le sont préférentiellement à leur puissance maximale (vitesse d'air maximale). Les expérimentations menées à bien par la Demanderesse ont en effet permis de démontrer que le givre formé durant la seconde phase, sur une surface ainsi pré-refroidie lors de la première phase, est très peu dense, il se présente en fait sous forme de neige très peu adhérente à la surface de l'échangeur, neige qui s'élimine très facilement, y compris « naturellement » par de simple mouvements du camion lors de son parcours. Ici encore, on comprend donc bien que le mode de gestion du fonctionnement du camion proposé ici selon l'invention (en l'occurrence de gestion très avantageuse de la descente rapide) utilise efficacement une donnée de température de surface pour pré-refroidir l'échangeur durant une première étape, avant d'autoriser le passage à la seconde étape par mise en route des moyens de ventilation.

Selon un autre des modes de mise en oeuvre de la méthode de gestion de l'invention, lors d'une mise en route du système frigorifique du camion (par exemple au démarrage d'une tournée ou après un arrêt prolongé du système frigorifique pour une raison quelconque) ou encore après une ouverture de 25 porte, on adopte un mode de descente rapide en température de la température interne à l'enceinte selon les deux phases successives suivantes : - durant une première phase, on procède à l'admission du cryogène dans l'échangeur considéré et l'on met en marche les moyens de ventilation associés à cet échangeur, le débit de cryogène alimentant 30 l'échangeur considéré et/ou la puissance de ventilation mise en oeuvre étant contrôlées pour maintenir, durant cette première phase, une température de surface de l'échangeur légèrement positive, c'est à dire préférentiellement comprise entre +1°C et +3°C ; - on procède alors à une seconde phase suivant la première phase, où le fonctionnement du véhicule est contrôlé de la façon suivante : on procède à une mesure d'une température interne à l'enceinte de stockage des produits et l'on rétroagit sur le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré pour amener cette température interne au niveau ou en deçà d'une température de consigne pour cette température interne.

La mesure de température interne effectuée durant la seconde phase pourra être effectuée à l'une des localisations suivantes : - dans l'atmosphère interne au coeur de l'enceinte de stockage, - au sein de l'air sortant de l'échangeur considéré du fait de l'action de la ventilation (Tsortie air ) ; ou encore - au sein de l'air entrant au contact de l'échangeur considéré du fait de l'action de la ventilation (Tentrée air ) - Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, la durée de la première phase n'excède pas quelques minutes, typiquement moins de 10 20 minutes. La Demanderesse a en effet mis en évidence les mérites d'une telle approche technique en deux phases, mérites que l'on peut résumer ainsi : - la première phase peut être qualifiée de phase de « séchage » de 25 l'atmosphère existante : durant cette première phase, réalisée en pratique avec un débit de cryogène réduit et une ventilation que l'on peut qualifier de « modérée » (dans le cas contraire il serait difficile de maintenir une température de surface légèrement positive), on condense l'humidité qui était existante dans la chambre avant le démarrage de cette opération de descente 30 rapide. Le condensat récupéré est de façon préférée évacué au fur et à mesure en dehors de la caisse ; - la seconde phase de cette descente rapide, que l'on peut qualifier de « traditionnelle » interviendra alors dans un contexte favorable où l'air interne à la chambre aura été sensiblement séché, cette seconde phase ne formera alors que peu ou pas de givre.

On peut signaler d'ailleurs que selon un mode avantageux de mise en oeuvre de cette opération en deux phases, où durant la première phase une température de peau est maintenue légèrement positive, selon un mode avantageux donc, entre les deux phases précitées on effectue une phase additionnelle de soufflage, où l'arrivée de cryogène est coupée mais les moyens de ventilation sont maintenus voire renforcés, ceci pour souffler le givre piégé à la surface des échangeurs durant la première phase. Et donc ici encore, on comprend bien que le mode de gestion du fonctionnement du camion proposé ici selon l'invention (en l'occurrence de gestion très avantageuse de l'étape de descente rapide) utilise efficacement une donnée de température de surface pour maintenir durant la première phase une température de surface légèrement positive permettant un tel « séchage ».

On a mentionné ci-dessus le fait que l'invention s'attachait selon une de ses approches à favoriser des conditions de maitrise de la formation de givre (dans des conditions de givre peu dense, peu adhérent) dont l'élimination peut se faire presque naturellement par les propres mouvements du camion sur la route, mais on a également mentionné plus haut le fait que l'on peut procéder à l'élimination de la neige ou du givre formé en surface d'un échangeur donné par une augmentation de la puissance de ventilation du système de ventilation associé à cet échangeur considéré (« rétroaction » selon l'invention).

L'invention concerne alors un procédé de gestion du fonctionnement d'un véhicule de transport de produits thermosensibles mettant en oeuvre une injection indirecte d'un fluide cryogénique, du type où le véhicule est muni : - d'au moins une chambre de stockage des produits ; - d'une réserve d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide ; - d'un système d'échangeur thermique dans lequel circule le fluide cryogénique, système d'échangeur comprenant un ensemble d'un ou plusieurs échangeurs ; - ainsi que d'un système de circulation d'air, par exemple de type ventilateurs, apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec les parois froides des échangeurs de l'ensemble ; se caractérisant en ce que l'on procède à une mesure ou une évaluation de la température de surface d'au moins un des échangeurs du système d'échangeur du véhicule, et l'on prend en compte cette température de surface pour rétroagir si nécessaire sur l'un ou chacun des paramètres suivants : la puissance de ventilation des moyens de ventilation associés à l'échangeur considéré, et le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion du fonctionnement d'un camion de transport frigorifique de produits thermosensibles, du type à injection indirecte, où le camion est muni : - d'au moins une chambre de stockage des produits, - d'une réserve d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide, - d'un système d'échangeur thermique dans lequel circule le fluide cryogénique, système d'échangeur comprenant un ensemble d'un ou plusieurs échangeurs ; - ainsi que d'un système de circulation d'air, par exemple de type ventilateurs, apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec les parois froides des échangeurs de l'ensemble, se caractérisant en ce que l'on procède à une mesure ou une évaluation de la température de surface d'au moins un des échangeurs du système d'échangeur du camion, et l'on prend en compte cette température de surface pour rétroagir si nécessaire sur l'un ou chacun des paramètres suivants : la puissance de ventilation des moyens de ventilation associés à l'échangeur considéré, et le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la température de surface est mesurée par une sonde de surface positionnée au contact de la paroi de l'échangeur considéré.
3. 3. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la température de surface est évaluée en considérant la différence de température au soufflage et à la reprise d'air de l'échangeur considéré, de la façon suivante : a) au début du fonctionnement de l'échangeur, par exemple au démarrage du véhicule, quand l'échangeur n'est pas encore encrassé par du givre, on mesure les deux paramètres suivants :i) la température au sein de l'air froid sortant de l'échangeur considéré du fait de l'action de la ventilation (Tsortie air) ; j) la température au sein de l'air entrant au contact de l'échangeur considéré du fait de l'action de la ventilation (Tentrée air). b) on calcule l'écart entre ces deux températures et l'on conserve cet écart de début de fonctionnement comme référence. c) on effectue ultérieurement cette même mesure des deux températures et de leur écart, permettant d'obtenir un écart dit ultérieur, que l'on compare à l'écart de référence. d) on procède à la dite rétroaction sur la puissance de ventilation des moyens de ventilation associés à l'échangeur considéré et/ou le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré lorsque la différence entre l'écart ultérieur et l'écart de référence est inférieure à une consigne donnée.
4. 4. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la température de surface est évaluée en considérant la différence de température au soufflage et à la reprise d'air de l'échangeur considéré, de la façon suivante : a) on mesure les deux paramètres suivants : i) la température au sein de l'air froid sortant de l'échangeur considéré du fait de l'action de la ventilation (Tsortie air) ; j) la température au sein de l'air entrant au contact de l'échangeur considéré du fait de l'action de la ventilation (Tentrée air). b) on calcule l'écart entre ces deux températures Tentrée air - Tsortie air. c) on procède à la dite rétroaction sur la puissance de ventilation des moyens de ventilation associés à l'échangeur considéré et/ou le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré lorsque l'écart Tentrée air - Tsortie air est inférieur à une consigne Tcons entrée/sortie. . Procédé selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que ladite rétroaction consiste en une augmentation de la puissance de ventilation du système de ventilation associé à cet échangeur 5 considéré. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, se caractérisant en ce que, lors d'une mise en route du système frigorifique du camion, par exemple au démarrage d'une tournée ou après un arrêt prolongé du système frigorifique pour une raison quelconque, ou encore après une ouverture de porte, on adopte un mode de descente rapide en température de la température interne à la chambre selon les deux phases successives suivantes : - durant une première phase, on procède à l'admission du cryogène dans l'échangeur considéré, les moyens de ventilation associés à cet échangeur étant à l'arrêt, cette première phase étant maintenue tant que la dite température de surface est supérieure à une température limite de surface, ladite température limite de surface étant inférieure à -50°C, plus préférentiellement inférieure à -80 °C, et encore plus préférentiellement comprise dans la gamme allant de -90 à -100 °C ; - durant une seconde phase suivant la première phase, les moyens de ventilation associés à cet échangeur sont mis en marche, cette seconde phase étant maintenue tant que la température interne à la chambre est supérieure à une valeur de consigne pour cette température interne. 7. Procédé selon la revendication 6, se caractérisant en ce que durant la seconde phase, les moyens de ventilation mis en marche le sont à leur puissance maximale. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, se caractérisant en ce que, lors d'une mise en route du système frigorifique du camion, par exemple au démarrage d'une tournée ou après un arrêt prolongé du systèmefrigorifique pour une raison quelconque, ou encore après une ouverture de porte, on adopte un mode de descente rapide en température de la température interne à la chambre selon les deux phases successives suivantes : - durant une première phase, on procède à l'admission du cryogène dans l'échangeur considéré et l'on met en marche les moyens de ventilation associés à cet échangeur, le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré et/ou la puissance de ventilation mise en oeuvre étant contrôlées pour maintenir, durant cette première phase, une température de surface de l'échangeur légèrement positive, préférentiellement comprise entre +1 °C et +3°C ; - durant une seconde phase, suivant la première phase, le fonctionnement du véhicule est contrôlé de la façon suivante : on procède à une mesure d'une température interne à la chambre de stockage des produits et l'on rétroagit sur le débit de cryogène alimentant l'échangeur considéré pour amener cette température interne au niveau ou en deçà d'une température de consigne pour cette température interne. 9. Procédé selon la revendication 8, se caractérisant en ce que la mesure de température interne effectuée durant la seconde phase est effectuée à l'une des localisations suivantes : - dans l'atmosphère interne au coeur de la chambre de stockage, - au sein des gaz froids sortant de l'échangeur considéré du fait de l'action de la ventilation (Tsortie air) ; ou encore - au sein de l'air entrant au contact de l'échangeur considéré du fait de l'action de la ventilation (Tentrée air) - 10. Procédé selon la revendication 8, se caractérisant en ce que la durée de la première phase n'excède pas quelques minutes, préférentiellement moins de 10 minutes.11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, se caractérisant en ce que, entre les deux phases, on effectue une phase additionnelle de soufflage, où l'arrivée de cryogène est coupée mais où les moyens de ventilation sont maintenus, préférentiellement renforcés, de manière à souffler le givre formé à la surface de l'échangeur durant la première phase.