La présente invention concerne le domaine du transport et de la distribution de produits thermosensibles, tels les produits pharmaceutiques et les denrées alimentaires. Dans ce domaine, le froid nécessaire au maintien de la température des produits est fourni principalement par deux technologies différentes : - les groupes frigorifiques à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée ; - les groupes cryogéniques fonctionnant en boucle ouverte et mettant en oeuvre une injection directe ou indirecte de fluides cryogéniques et en particulier d'azote liquide. La présente invention s'intéresse plus particulièrement aux solutions cryogéniques à injection indirecte. Dans de telles solutions, le fluide cryogénique est acheminé depuis un réservoir cryogénique embarqué sur le camion frigorifique (en général en dessous du camion) jusqu'à un ou plusieurs échangeurs thermiques situés à l'intérieur de la ou les chambres froides du camion, échangeurs munis de moyens de circulation d'air. Ces échangeurs permettent le refroidissement, à la température désirée, de l'air interne de la chambre stockant les produits.The present invention relates to the field of transport and distribution of thermosensitive products, such as pharmaceuticals and foodstuffs. In this field, the cold required to maintain the temperature of the products is provided mainly by two different technologies: - refrigeration units with mechanical compression of steam operating in a closed loop; - Cryogenic groups operating in open loop and implementing a direct or indirect injection of cryogenic fluids and in particular liquid nitrogen. The present invention is more particularly concerned with cryogenic indirect injection solutions. In such solutions, the cryogenic fluid is conveyed from a cryogenic tank on board the refrigerated truck (generally below the truck) to one or more heat exchangers located inside the cold room or chambers of the truck, exchangers equipped with air circulation means. These exchangers allow the cooling, at the desired temperature, of the internal air of the chamber storing the products.
L'invention s'intéresse au problème bien connu de l'accumulation de givre sur l'échangeur. En effet, au cours du fonctionnement du système, différents apports d'humidité peuvent avoir lieu : - l'humidité présente naturellement dans l'enceinte ; - l'humidité des produits transportés ; - l'humidité provenant de la différence d'environnement entre l'extérieur et l'intérieur de l'enceinte lors des ouvertures des portes du camion. Ces apports d'humidité sont captés par les parois froides de l'enceinte, l'emballage des produits/palettes et ils sont préférentiellement captés par les parois froides de l'échangeur, engendrant un dépôt de givre sur les parois de cet échangeur. Or, l'accumulation de givre sur un échangeur agit comme un encrassement, il en résulte des effets thermiques et aérauliques : - La couche supplémentaire de givre agit comme une couche d'isolant, réduisant le transfert thermique ; - La couche supplémentaire de givre réduit les sections de passage d'air au sein de l'échangeur, diminuant ainsi le débit d'air. Les deux effets combinés réduisent la puissance frigorifique fournie. En fonction des apports d'humidité, la quantité de givre présente sur l'échangeur varie, et par conséquent la puissance de l'échangeur également. Pour revenir à une puissance nominale de l'échangeur, il est alors nécessaire de le dégivrer. 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 du camion 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 (phase de « maintien »).The invention is concerned with the well-known problem of ice accumulation on the exchanger. Indeed, during the operation of the system, different inputs of moisture can take place: - moisture naturally present in the enclosure; - the humidity of the products transported; - The moisture from the environmental difference between the outside and the inside of the enclosure during the truck door openings. These moisture inputs are captured by the cold walls of the enclosure, the packaging of products / pallets and they are preferably captured by the cold walls of the exchanger, generating a frost deposit on the walls of this exchanger. However, the accumulation of ice on an exchanger acts as a fouling, it results in thermal and aeraulic effects: - The additional frost layer acts as a layer of insulation, reducing heat transfer; - The additional layer of frost reduces the air passage sections within the exchanger, thus reducing the air flow. Both combined effects reduce the cooling capacity provided. Depending on the moisture inputs, the amount of ice on the exchanger varies, and therefore the power of the exchanger also. To return to a nominal power of the exchanger, it is then necessary to defrost it. Recall that the process control typically used in such trucks operating by indirect injection is as follows: 1- when the refrigeration system of the truck is started (for example at the start of a truck tour or after a stop prolonged refrigeration system for some reason) or after a door opening, we adopt a mode of rapid descent temperature (this industry called this phase "pull down"). 2- Once the target temperature has been reached in the product storage chamber, a control / regulation mode is adopted which makes it possible to maintain the temperature of the product storage chamber at the value of the setpoint ("hold" phase). ).
Les professionnels de ce secteur parlent également d'un fonctionnement en pleine charge (phase 1) ou à charge partielle (phase 2). La littérature fait état de différentes stratégies pour dégivrer de tels échangeurs de groupes cryogéniques, parmi lesquelles on trouve les approches suivantes : - la présence de résistances électriques intégrées dans le corps de l'échangeur et alimentées par des batteries électriques : cette solution a l'avantage d'être facile à intégrer mais son inconvénient majeur réside dans sa limitation en termes de puissance thermique, en raison de la faible autonomie électrique disponible sur un camion. - l'utilisation d'échangeurs aérothermiques alimentés par une chaudière à combustion : l'air est chauffé directement ou indirectement via une boucle de fluide caloporteur. L'avantage de ce type de solution est sa disponibilité sur le marché. En revanche, en tant que modules séparés, l'encombrement et l'alimentation fluidique et électrique de ces éléments peuvent engendrer des inconvénients en termes d'autonomie électrique, de qualité de maintien de la température dans la caisse et de coût d'achat, d'installation et de maintenance. On notera aussi que ces modes de dégivrage requièrent un temps d'action qui peut être pénalisant lors du fonctionnement du système car le refroidissement ne peut pas fonctionner en même temps.Professionals in this sector also talk about full load (phase 1) or partial load (phase 2) operation. The literature describes different strategies for de-icing such cryogenic group exchangers, among which we find the following approaches: - the presence of electrical resistances integrated in the body of the exchanger and powered by electric batteries: this solution has the advantage of being easy to integrate but its major disadvantage lies in its limitation in terms of thermal power, due to the low power available on a truck. the use of aerothermal exchangers fed by a combustion boiler: the air is heated directly or indirectly via a heat transfer fluid loop. The advantage of this type of solution is its availability on the market. On the other hand, as separate modules, the space requirement and the fluid and electrical supply of these elements can lead to disadvantages in terms of electric autonomy, quality of maintenance of the temperature in the box and purchase cost. installation and maintenance. Note also that these defrost modes require a time of action that can be penalizing during operation of the system because the cooling can not work at the same time.
Examinons maintenant comment sont déclenchées dans ces méthodes de l'art antérieur les actions de dégivrage : i) elles peuvent être déclenchées selon un fonctionnement cyclique : par exemple selon une durée du cycle qui est préfixée par le constructeur et peut être paramétrée par l'utilisateur. L'avantage de ce système de déclenchement est que le dégivrage est régulier, cependant, le dégivrage est réalisé indépendamment de la quantité de givre présent sur l'échangeur, et donc de la réduction de la puissance de l'échangeur. Aussi, selon les conditions opératoires du camion frigorifique et la masse effective du givre accumulée sur l'échangeur, cette durée peut être sous-estimée, il en résulte alors une dégradation prématurée de la puissance de l'échangeur, synonyme d'un non retour à la température de consigne après ouverture de porte, d'où une dégradation de la qualité de la chaine du froid. On peut au contraire mettre en oeuvre, par cette durée préfixée, une durée trop conservatrice et donc une consommation énergétique inutile. j) elles peuvent également être déclenchées manuellement par l'opérateur. L'optimisation du dégivrage par rapport à l'encrassement de l'échangeur dépend donc seulement de l'opérateur.Let us now examine how the deicing actions are triggered in these methods of the prior art: i) they can be triggered according to a cyclic operation: for example according to a duration of the cycle which is prefixed by the manufacturer and can be parameterized by the user . The advantage of this trigger system is that the defrosting is regular, however, defrosting is performed regardless of the amount of ice present on the exchanger, and therefore the reduction of the power of the exchanger. Also, depending on the operating conditions of the refrigerated truck and the effective mass of the ice accumulated on the exchanger, this duration can be underestimated, it then results in premature degradation of the power of the exchanger, synonymous with no return at the set temperature after opening the door, resulting in a deterioration of the quality of the cold chain. On the contrary, it is possible to use, by this predetermined duration, a too conservative duration and therefore an unnecessary energy consumption. j) they can also be triggered manually by the operator. The optimization of the defrost compared with the clogging of the exchanger therefore depends only on the operator.
Les inconvénients de ces modes de déclenchement selon i) et j) peuvent être résumés ainsi : - le dégivrage est déclenché soit trop tôt soit trop tard : trop tôt, quand la puissance nominale de l'échangeur est encore atteinte et donc le dégivrage représente une perte de temps et une consommation énergétique excessive du système, ou bien trop tard quand l'échangeur a déjà une puissance réduite. - le dégivrage est déclenché de façon non optimisée, ce qui peut engendrer des variations de température importantes : > trop fréquent, l'apport de calories dû au mode de dégivrage est trop important ; > trop étendu : l'échangeur n'a plus suffisamment de puissance pour permettre un retour à la température de consigne. k) déclenchement par relevés de température : le dégivrage est enclenché lorsque certaines conditions de température sont remplies. A titre d'exemple, les températures comparées sont celles du fluide cryogénique en sortie d'échangeur, et celles de l'air en entrée et en sortie de l'échangeur. Lorsque l'accumulation du givre est importante sur l'échangeur, le fluide frigorigène ne transfère pas toute l'énergie disponible à l'air. Le fluide frigorigène à la sortie de l'échangeur est alors plus froid que dans les conditions nominales, l'air est également moins refroidi. La température de l'air en sortie d'échangeur est donc plus chaude. L'écart entre la température d'air à l'entrée et la sortie de l'échangeur sera plus important. Si ces deux facteurs sont observés, le dégivrage est mis en fonctionnement. On peut signaler que ce mode de dégivrage est couramment utilisé et fonctionne de façon satisfaisante. Cependant, il faut garder à l'esprit qu'il repose sur la présence de plusieurs sondes de température et que si l'une d'elle est défaillante ou présente une dérive de mesure, il en résultera alors au mieux un dégivrage non-optimisé, voire dans le cas le plus défavorable un défaut de déclenchement du dégivrage. La présente invention souhaite alors proposer une nouvelle méthode de dégivrage de tels échangeurs, et comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, cette méthode repose sur des critères novateurs et ne nécessite qu'une seule sonde de température. La présente invention propose en fait un mode de dégivrage prédictif qui repose sur la prise en compte de paramètres de déclenchement du dégivrage en tenant compte du suivi d'une série d'indicateurs permettant de renseigner indirectement l'état d'encrassement en givre de l'échangeur. Une telle démarche présente plusieurs avantages : - une optimisation du fonctionnement de l'échangeur : Le dégivrage est réalisé quand l'échangeur est saturé en givre et est à la limite de la masse critique de givre pouvant détériorer ses performances. Il en résulte une optimisation du temps de dégivrage et par conséquent une meilleure optimisation des performances de l'échangeur. - l'indépendance des capteurs de mesure : Le dégivrage n'est pas 20 déclenché en fonction de la prise en compte directe de capteurs de températures. Des dispositifs moindres en instrumentation sont donc nécessaires pour la solution de dégivrage conforme à l'invention. - le maintien de la température de consigne : Contrairement aux modes cycliques ou manuels de l'art antérieur, la présente invention ne réalise pas de 25 dégivrages « inutiles », les variations de température sont donc limitées. La solution proposée est un mode prédictif de dégivrage basé sur des critères indirects de mesure, provenant des effets thermiques et aérauliques créés par le givre sur l'échangeur. 30 Ces deux effets modifient : - le fonctionnement nominal de l'évaporation du fluide frigorigène ou cryogène ; - le fonctionnement nominal de débit d'air. La présente invention propose alors des critères de déclenchement de dégivrage indépendants, qui peuvent être choisis parmi les facteurs suivants : - Critères liés aux ouvertures de vannes : de manière intrinsèque, lorsque l'accumulation du givre est importante, le cryogène ne pouvant pas transmettre toutes ses frigories durant son passage dans l'échangeur (la couche de givre formant un isolant), la température du fluide à la sortie de l'échangeur est alors plus froide que ce qu'elle serait dans les conditions nominales. Pour compenser les échanges thermiques diminués, une augmentation du débit de cryogène est nécessaire. Les vannes restent alors plus longtemps ouvertes quand il s'agit de vannes TOR (Tout Ou Rien), ou alors maintiennent un pourcentage d'ouverture important plus longtemps quand il s'agit de vannes proportionnelles. Lorsque l'échangeur est givré, la fréquence d'ouverture des vannes est alors réduite par rapport à un fonctionnement nominal où les vannes sont fréquemment fermées ou le pourcentage d'ouverture des vannes est diminué pour réduire le débit d'azote. La stratégie de dégivrage consiste donc à comparer la fréquence d'ouverture de la vanne à un moment donné de la vie du camion, fréquence « en cours », par exemple lorsque la température de la caisse est proche de la température de consigne, c'est-à-dire par exemple dans la plage +/- 1°C par rapport à la consigne recherchée, à comparer cette fréquence « en cours » donc à la fréquence nominale d'ouverture. La stratégie de dégivrage consiste alors à estimer la fréquence nominale d'ouverture de la vanne et à la comparer avec celle en cours. Pour ce faire, la fréquence nominale d'ouverture des vannes (que l'on peut qualifier de référence) est par exemple celle prise après la première phase de descente rapide de la caisse, préférentiellement dans les 30mn à 120mnn, et plus préférentiellement dans les 90mn à 120mn suivant la première phase de descente rapide de la caisse, ou encore celle intervenant après un dégivrage complet, lorsque la température de la caisse est proche de la température de consigne. A titre d'illustration, si la fréquence d'ouverture de vanne en phase de maintien est réduite d'au moins 30% de la valeur nominale, alors un dégivrage est enclenché. Toujours à titre illustratif pour mieux comprendre l'invention, on peut évaluer la fréquence nominale par le déclenchement d'un compteur, après la première phase de descente rapide, par exemple après une durée donnée, par exemple 30mn, on peut également déclencher un compteur après un dégivrage complet. - Critères liés à la variation de la fréquence de rotation des ventilateurs : lorsque l'échangeur est givré, les pales du ou des ventilateurs qui lui sont associés givrent également, ce qui ralentit leur fréquence de rotation. L'intensité pour assurer un débit d'air équivalent doit alors être plus importante. Le dégivrage est alors enclenché lorsque l'intensité qui alimente les ventilateurs augmente d'une valeur donnée, par exemple d'au moins 20% par rapport à sa valeur nominale. Ici encore on peut considérer une mesure de référence (nominale) après la première phase de descente rapide, donc à un moment qui fournit une situation où l'échangeur n'est pas encrassé par le givre.The disadvantages of these tripping modes according to i) and j) can be summarized as follows: - the defrost is triggered either too early or too late: too early, when the nominal power of the exchanger is still reached and therefore the defrosting is a problem. loss of time and excessive energy consumption of the system, or too late when the exchanger has already reduced power. - Defrosting is triggered in a non-optimized way, which can cause significant temperature variations:> too frequent, the intake of calories due to the defrosting mode is too important; > too wide: the heat exchanger does not have enough power to allow a return to the set temperature. k) trip by temperature readings: the defrost is activated when certain temperature conditions are met. By way of example, the temperatures compared are those of the cryogenic fluid leaving the exchanger, and those of the air entering and leaving the exchanger. When frost accumulates on the exchanger, the refrigerant does not transfer all available energy to the air. The refrigerant at the outlet of the exchanger is then colder than in the nominal conditions, the air is also less cooled. The temperature of the air at the exchanger outlet is therefore warmer. The difference between the air temperature at the inlet and the outlet of the exchanger will be greater. If these two factors are observed, the defrost is put into operation. It can be pointed out that this defrost mode is commonly used and works satisfactorily. However, it should be borne in mind that it is based on the presence of several temperature probes and that if one of them is faulty or has a measurement drift, then at best a non-optimized defrost will result. in the worst case, a defrosting fault. The present invention then wishes to propose a new method of deicing such exchangers, and as will be seen in more detail in the following, this method is based on innovative criteria and requires only a single temperature probe. The present invention proposes in fact a predictive defrosting mode which is based on the taking into account of defrost initiation parameters taking into account the monitoring of a series of indicators for indirectly informing the state of fouling frost exchanger. Such an approach has several advantages: - An optimization of the operation of the exchanger: The defrosting is carried out when the exchanger is saturated with frost and is at the limit of the critical mass of frost which can deteriorate its performances. This results in an optimization of the defrosting time and consequently a better optimization of the performance of the exchanger. - Independence of the measuring sensors: The defrosting is not triggered as a function of the direct taking into account of temperature sensors. Less instrumentation devices are therefore necessary for the deicing solution according to the invention. the maintenance of the set temperature: In contrast to the cyclic or manual modes of the prior art, the present invention does not carry out "unnecessary" defrosting, the temperature variations are therefore limited. The proposed solution is a predictive defrost mode based on indirect measurement criteria, resulting from the thermal and aeraulic effects created by frost on the exchanger. These two effects modify: the nominal operation of the evaporation of the refrigerant or cryogenic fluid; - the nominal operation of the air flow. The present invention then proposes independent defrost initiation criteria, which can be chosen from the following factors: Criteria related to valve openings: intrinsically, when the accumulation of ice is important, the cryogen can not transmit all its frigories during its passage through the exchanger (the frost layer forming an insulator), the temperature of the fluid at the outlet of the exchanger is then colder than it would be under the nominal conditions. To compensate for decreased heat exchange, an increase in cryogen flow is required. The valves then stay longer open when it comes to Discrete Valves (All Or Nothing), or keep a significant percentage of opening longer when it comes to proportional valves. When the exchanger is frosted, the opening frequency of the valves is then reduced compared to a nominal operation where the valves are frequently closed or the opening percentage of the valves is decreased to reduce the nitrogen flow. The deicing strategy therefore consists in comparing the opening frequency of the valve at a given moment in the life of the truck, frequency "in progress", for example when the temperature of the body is close to the set temperature, it is that is to say for example in the range +/- 1 ° C relative to the desired setpoint, to compare this frequency "in progress" therefore at the nominal opening frequency. The deicing strategy then consists in estimating the nominal opening frequency of the valve and comparing it with the current one. To do this, the nominal opening frequency of the valves (which may be described as reference) is for example that taken after the first phase of rapid descent of the body, preferably in the 30mn to 120mnn, and more preferably in the 90mn to 120mn following the first phase of rapid descent of the body, or that intervening after a complete defrost, when the temperature of the body is close to the set temperature. As an illustration, if the valve opening frequency in the holding phase is reduced by at least 30% of the nominal value, then a defrost is switched on. Still for illustrative purposes to better understand the invention, it is possible to evaluate the nominal frequency by triggering a counter, after the first phase of rapid descent, for example after a given duration, for example 30 minutes, it is also possible to trigger a counter after a complete defrost. - Criteria related to the variation of the frequency of rotation of the fans: when the exchanger is frosted, the blades of the fan or fans associated with it also frost, which slows down their frequency of rotation. The intensity to ensure an equivalent air flow must then be greater. The defrosting is then triggered when the intensity which supplies the fans increases by a given value, for example by at least 20% compared to its nominal value. Here again we can consider a reference measurement (nominal) after the first phase of rapid descent, so at a time that provides a situation where the exchanger is not fouled by frost.
L'invention concerne alors un 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 au moins un échangeur thermique interne à ladite au moins une chambre ; - d'au moins une vanne située sur une voie fluidique entre la réserve et ledit échangeur thermique interne à ladite au moins une chambre ; - 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 du ou des échangeurs interne(s) à la chambre ; se caractérisant en ce que l'on ordonne une opération de dégivrage de l'un ou certains desdits échangeurs interne(s) à la chambre en fonction de la prise en compte de l'un ou de chacun des critères suivants : - l'ouverture de ladite vanne ; - la fréquence de rotation du ventilateur associé audit échangeur ; ceci préférentiellement dans les conditions suivantes : i) critère lié à l'ouverture de ladite vanne : - on évalue la fréquence d'ouverture de ladite vanne à un moment donné de la tournée du camion ; - on évalue la fréquence d'ouverture de ladite vanne à un moment référence de la tournée du camion ; - on effectue la comparaison des deux fréquences et l'on ordonne le déclenchement d'un dégivrage lorsque la fréquence d'ouverture audit moment donné est réduite d'au moins une valeur de consigne d'ouverture par rapport à la fréquence audit moment de référence. j) critère lié à la fréquence de rotation du ventilateur associé audit échangeur : - on évalue l'intensité qui alimente le ventilateur à un moment donné de la tournée du camion ; - on évalue l'intensité qui alimente le ventilateur à un moment référence de la tournée du camion ; - on effectue la comparaison des deux intensités et l'on ordonne le déclenchement d'un dégivrage lorsque l'intensité qui alimente le ventilateur audit moment donné est augmentée d'au moins une valeur de consigne d'intensité par rapport à l'intensité mesurée audit moment de référence. La figure 1 annexée illustre par des résultats expérimentaux l'accumulation de la masse d'eau dans l'enceinte et les conséquences en termes de fréquence d'ouverture plus réduite de la vanne alimentant en cryogène, ceci dans le cas du transport de produits frais, et dans le cas du transport de produits surgelés.The invention thus relates to a method for managing the operation of a refrigerated transport truck for thermosensitive products of the indirect injection type, in which the truck is provided with: at least one product storage chamber; reserve of a cryogenic fluid such as liquid nitrogen, - a heat exchanger system in which the cryogenic fluid circulates, exchanger system comprising at least one heat exchanger internal to said at least one chamber; at least one valve located on a fluid path between the reservoir and said internal heat exchanger at said at least one chamber; - And an air circulation system, for example of the type fans, able to put the internal air in contact with the chamber with the cold walls of the exchanger (s) internal (s) to the chamber; characterized in that a defrosting operation is ordered from one or some of said internal exchangers (s) to the chamber according to the consideration of one or each of the following criteria: - the opening said valve; the frequency of rotation of the fan associated with said exchanger; this preferentially under the following conditions: i) criterion related to the opening of said valve: - the opening frequency of said valve is evaluated at a given moment of the tour of the truck; the opening frequency of said valve is evaluated at a reference moment of the truck's trip; the two frequencies are compared and the defrost is triggered when the opening frequency at said given moment is reduced by at least one opening setpoint value relative to the frequency at said reference moment. . j) criterion related to the frequency of rotation of the fan associated with said exchanger: - the intensity which supplies the fan at a given moment of the truck's tour is evaluated; the intensity which supplies the fan at a reference moment of the truck's tour is evaluated; the comparison of the two intensities is carried out and the initiation of a defrosting operation is ordered when the intensity which supplies the fan at said given moment is increased by at least one intensity reference value with respect to the measured intensity. audit reference time. The appended FIG. 1 illustrates by experimental results the accumulation of the body of water in the enclosure and the consequences in terms of the smaller opening frequency of the valve supplying cryogen, this in the case of the transport of fresh products. , and in the case of transporting frozen products.