FR3058206B1 - CARBON AIR / SNOW EXCHANGER AND METHOD OF CONTROLLING SUCH EXCHANGER - Google Patents

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Abstract

Un échangeur thermique (1) apte à réaliser un échange entre de l'air et de la neige carbonique, qui comporte une plaque de contact, apte, au niveau d'une de ses faces, à être mise en contact avec l'air d'un espace à refroidir, ladite face étant munie le cas échéant d'ailettes (2) placées perpendiculairement à la face considérée, se caractérisant en ce qu'il est muni d'un système de volet (3), déplaçable par rapport à la surface de ladite face, pour permettre d'occulter tout ou partie de la surface de ladite face et ainsi limiter en proportion le transfert de froid de la plaque audit espace, et en ce que le système de volet est muni ou solidaire d'un racloir (4) permettant l'élimination, et le cas échéant également la collecte (5), du givre en formation sur ladite face.A heat exchanger (1) adapted to perform an exchange between air and dry ice, which comprises a contact plate, adapted, at one of its faces, to be brought into contact with the air a space to be cooled, said face being provided if necessary with fins (2) placed perpendicular to the face in question, characterized in that it is provided with a flap system (3), movable relative to the surface of said face, to allow to obscure all or part of the surface of said face and thus limit in proportion the cold transfer of the plate to said space, and in that the shutter system is provided or secured with a scraper (4) allowing the elimination, and where appropriate also the collection (5), frost formation on said face.

Description

La présente invention concerne le domaine des échangeurs air /neige carbonique, et plus particulièrement une méthode de régulation de la puissance frigorifique d’un tel échangeur.The present invention relates to the field of air / dry ice exchangers, and more particularly to a method for regulating the cooling capacity of such an exchanger.

On trouve de tels échangeurs notamment dans 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 œuvre une injection directe ou indirecte de fluides cryogéniques et en particulier d’azote liquide.Such exchangers are found especially in 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 - the mechanical vapor compression refrigeration units 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.

Et ainsi de tels échangeurs air/neige sont mis en œuvre dans les solutions cryogéniques à injection indirecte où un fluide cryogénique alimentant la caisse du camion provient traditionnellement d’un réservoir cryogénique embarqué sous le camion, et est acheminé 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.And so such air / snow exchangers are implemented in cryogenic indirect injection solutions where a cryogenic fluid supplying the truck body is traditionally from a cryogenic tank on the truck, and is conveyed to one or more exchangers thermal located inside the cold room or rooms of the truck, exchangers provided with air circulation means. These exchangers allow the cooling, at the desired temperature, of the internal air of the chamber storing the products.

Rappelons que le contrôle de procédé typiquement mis en œuvre 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 (cette industrie nomme cette phase « maintien » ou « régulation »).Recall that the process control typically implemented 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 set 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 (this industry calls this phase "Maintenance" or "regulation").

Les professionnels de ce secteur parlent également d’un fonctionnement en pleine charge (phase 1) ou à charge partielle (phase 2).Professionals in this sector also talk about full load (phase 1) or partial load (phase 2) operation.

Un exemple d’un tel échangeur air/neige carbonique est décrit dans le document FR-3 034 511, échangeur qui comporte au moins une plaque d’une mousse métallique ou d’une paille métallique, mousse ou paille se caractérisant par un taux de porosité ou de vide donné, plaque de mousse ou de paille qui est apte à stocker en son sein une quantité de CO2 liquide ou de neige carbonique, échangeur qui comporte également une plaque de contact, solidaire par une de ses deux faces de ladite plaque de mousse ou de paille, plaque de contact apte, au niveau de son autre face à être mise en contact avec l’air d’un espace à refroidir.An example of such an air / dry ice exchanger is described in document FR-3,034,511, which exchanger comprises at least one plate of a metal foam or of a metal straw, foam or straw characterized by a porosity or vacuum given, foam or straw plate which is able to store therein a quantity of liquid CO2 or dry ice, exchanger which also comprises a contact plate, secured by one of its two faces of said plate of foam or straw, suitable contact plate, at its other side to be brought into contact with the air of a space to cool.

Comme signalé ci-dessus, la présente invention s’intéresse plus particulièrement à une méthode de régulation de la diffusion de froid par un tel échangeur Air/Neige carbonique.As indicated above, the present invention is more particularly concerned with a method of regulating the diffusion of cold by such an air / carbon dioxide exchanger.

Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, l’invention propose d’utiliser un équipement de type « volet roulant », par exemple horizontal quand l’échangeur est positionné au plafond de la caisse interne du camion, volet permettant d’occulter tout ou partie de la surface de l’échangeur en contact avec l’air de l’espace à refroidir.As will be seen in more detail in the following, the invention proposes to use a "rolling shutter" type of equipment, for example horizontal when the exchanger is positioned on the ceiling of the truck's inner body, a shutter allowing conceal all or part of the surface of the exchanger in contact with the air of the space to be cooled.

Et selon un mode de réalisation tout particulièrement avantageux de réalisation de l’invention, le volet est muni d’un système de racloir permettant l’élimination (et le cas échéant également la collecte) du givre en formation sur ladite surface.And according to a particularly advantageous embodiment of embodiment of the invention, the shutter is provided with a scraper system for the removal (and possibly also the collection) frost formation on said surface.

La figure 1 annexée illustre un mode de réalisation de l’invention.Figure 1 attached illustrates an embodiment of the invention.

La référence 1 désigne l’échangeur dans sa globalité, la plaque de contact étant le cas échéant munie d’ailettes (2) placées perpendiculairement à la face de la plaque qui est mise en contact avec l’espace à refroidir.The reference 1 designates the exchanger in its entirety, the contact plate being optionally provided with fins (2) placed perpendicular to the face of the plate which is brought into contact with the space to be cooled.

Et la référence 3 désigne le système de volet roulant qui, on le visualise bien sur la figure, peut se déployer le long de la face en question pour en obturer tout ou partie de la surface et ainsi réguler la surface froide en contact avec l’espace à refroidir et donc la quantité de froid transmise à cet espace. L’invention est tout particulièrement utile pour le transport de produits frais (maintenus typiquement entre +2°C et +8°C) pour lesquels un excès de fourniture de froid peut poser un grave problème de gel des produits et donc d’endommagement de ces produits.And the reference 3 designates the roller shutter system which, as can be seen in the figure, can be deployed along the face in question to close all or part of the surface and thus regulate the cold surface in contact with the space to cool and therefore the amount of cold transmitted to this space. The invention is particularly useful for the transport of fresh products (typically maintained between + 2 ° C and + 8 ° C) for which an excess supply of cold can pose a serious problem of product freezing and therefore damage to the product. these products.

On adoptera alors préférentiellement un contrôle de la position du volet où : - en mode « descente rapide » ou « pull down » : le volet est totalement ouvert ; - en mode « régulation » ou « maintien » : ouverture du volet proportionnellement à la demande de froid ; - en mode « sécurité » : volet totalement fermé, par exemple en cas d’ouverture de porte. Lorsque le livreur pénètre dans la caisse, le volet doit rapidement se refermer afin de limiter le risque de brûlure par contact sur la surface d’échange de l’échangeur.We will then preferentially adopt a control of the shutter position where: - in "fast descent" or "pull down" mode: the shutter is fully open; - in "regulation" or "maintenance" mode: opening of the shutter in proportion to the cold demand; - in "safety" mode: shutter completely closed, for example in case of door opening. When the deliveryman enters the box, the shutter must quickly close to limit the risk of burn by contact on the exchange surface of the exchanger.

La figure 2 annexée illustre un exemple de logigramme de fonctionnement :The appended FIG. 2 illustrates an example of a flow diagram of operation:

Pvolet = position du volet (0% = totalement fermé; 100 % = totalement ouvert) δχ = incrément de déplacement du voletPvolet = position of the shutter (0% = totally closed, 100% = totally open) δχ = increment of movement of the shutter

PV = lecture de la température ambiante dans la caisse en °C SP = Consigne de régulation pour la température interne à la caisse (par exemple située entre 2 et 8°C)PV = reading of the ambient temperature in the box in ° C SP = Setpoint of regulation for the temperature inside the box (for example between 2 and 8 ° C)

Porte = Contact d’ouverture de porte(s) (0 = fermée(s) ; 1 = Ouverte(s))Door = Door opening contact (s) (0 = closed; 1 = Open)

Par ailleurs, il est connu que la surface d’échange en froid se couvre de « givre » par la condensation de l’air ambiant qui gèle à son contact, air ambiant qui est toujours caractérisé par un certain degré d’humidité. Cette couche de givre, peu adhérente, dégrade le coefficient d’échange du système. On rappellera ici que le givre qui se dépose dans de telles situations est un givre particulier qu’on peut qualifier de « givre cryogénique », volumineux et peu dense, sorte de neige.Moreover, it is known that the cold exchange surface is covered with "frost" by the condensation of the ambient air which freezes on contact with it, ambient air which is always characterized by a certain degree of humidity. This layer of frost, little adherent, degrades the exchange coefficient of the system. It will be recalled here that the frost that is deposited in such situations is a particular frost that can be described as "cryogenic ice", bulky and sparse, a kind of snow.

Le volet de régulation est alors avantageusement équipé d’un racloir, par exemple en son extrémité, afin d’éliminer cette couche de givre cryogénique en un certain nombre d’allers/retours (réglable). Ce givre ne doit pas tomber sur le chargement situé sous l’échangeur (mouillage des emballages). Aussi il est préférable de prévoir un élément de collecte ainsi que l’évacuation des condensais.The control flap is then advantageously equipped with a scraper, for example at its end, in order to eliminate this layer of cryogenic ice in a certain number of round trips (adjustable). This frost must not fall on the load located under the exchanger (wetting of the packaging). Also it is better to provide a collection element and the evacuation of condensates.

La figure 3 illustre un mode de réalisation d’un système de racloir conforme à l’invention, racloir que l’on peut qualifier de racloir « à bascule » : - le racloir 4 est fixé au volet par un axe/butée permettant d’être au contact de la surface d’échange dans le sens « aller » (a)) et de basculer pour ne pas « gratter » dans le sens « retour » (b)). - le givre gratté est alors récupéré par gravité dans l’élément de collecte 5.FIG. 3 illustrates an embodiment of a scraper system according to the invention, which scraper may be described as a "rocker" scraper: the scraper 4 is fixed to the shutter by an axle / abutment allowing be in contact with the exchange surface in the "go" direction (a)) and switch to avoid "scratching" in the "return" direction (b)). the scraped frost is then recovered by gravity in the collection element 5.

Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, l’échangeur est muni d’un ventilateur à faible consommation énergétique (typiquement quelques Watts, en tout état de cause moins de 10 W, ce qui permet de pouvoir utiliser une batterie de recharge standard, compacte et légère) muni d’un variateur de vitesse permettant de générer un débit d'air allant de 0 à plusieurs dizaines de m3/h. Le ventilateur est placé en face avant de l'échangeur, ainsi le jet d'air qu'il génère est orienté vers la plaque d'échange air/neige carbonique et il subit ainsi un minimum de pertes des charges. L’échangeur peut de plus être muni d’un déflecteur pour aider à une diffusion homogène du jet l'air sur la plaque en question.According to one of the embodiments of the invention, the exchanger is provided with a fan with low energy consumption (typically a few Watts, in any case less than 10 W, which makes it possible to use a battery of standard, compact and lightweight charging) equipped with a speed variator to generate an air flow rate from 0 to several tens of m3 / h. The fan is placed on the front face of the exchanger, and the air jet that it generates is oriented towards the exchange plate air / dry ice and thus undergoes a minimum of losses of the loads. The exchanger can also be provided with a deflector to help a homogeneous diffusion of the jet air on the plate in question.

Les tests réalisés par la Demanderesse pour caractériser la présence d’un tel ventilateur muni d’un variateur de vitesse ont démontré les points suivants: i) l'amélioration des transferts thermiques par convection forcée permettant ainsi d'avoir un temps de descente en température (« Pull-down ») et retour à la ipérature après ouverture de porte beaucoup plus rapide qu'en l'absence du itilateur ou sa mise sur "arrêt" ; ii) l'amélioration de l'homogénéité de température dans le volume refroidi.The tests carried out by the Applicant to characterize the presence of such a fan equipped with a speed variator have demonstrated the following points: i) the improvement of heat transfer by forced convection thus allowing to have a time of descent in temperature ("Pull-down") and return to the temperature after opening the door much faster than the absence of the itilator or its setting on "stop"; ii) improving the temperature homogeneity in the cooled volume.

Claims (3)

Revendicationsclaims 1. Echangeur thermique (1) apte à réaliser un échange entre de l’air et de la neige carbonique, qui comporte une plaque de contact, apte, au niveau d’une de ses faces, à être mise en contact avec l’air d’un espace à refroidir, ladite face étant munie le cas échéant d’ailettes (2) placées perpendiculairement à la face considérée, se caractérisant en ce qu’il est muni d’un système de volet (3), déplaçable par rapport à la surface de ladite face, pour permettre d’occulter tout ou partie de la surface de ladite face et ainsi limiter en proportion le transfert de froid de la plaque audit espace, et en ce que le système de volet est muni ou solidaire d’un racloir (4) permettant l’élimination, et le cas échéant également la collecte (5), du givre en formation sur ladite face. 2. Echangeur selon la revendication 1, se caractérisant en ce qu’il est muni d’un ventilateur à faible consommation énergétique muni d’un variateur de vitesse, ventilateur positionné en face avant de l'échangeur, pour pouvoir générer un jet d'air orienté vers la plaque d'échange air/neige carbonique.1. Heat exchanger (1) adapted to perform an exchange between air and dry ice, which comprises a contact plate, adapted, at one of its faces, to be brought into contact with the air a space to be cooled, said face being provided if necessary fins (2) placed perpendicular to the face in question, characterized in that it is provided with a flap system (3), movable relative to the surface of said face, to allow to hide all or part of the surface of said face and thus limit in proportion the transfer of cold from the plate to said space, and in that the shutter system is provided or secured to a scraper (4) for the elimination, and where appropriate also the collection (5), frost formation on said face. 2. Exchanger according to claim 1, characterized in that it is provided with a low energy consumption fan equipped with a variable speed drive, fan positioned on the front face of the exchanger, to be able to generate a jet of air directed towards the exchange plate air / dry ice. 3. Procédé de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, du type où le camion est muni : - d’au moins un espace de stockage des produits, - et d’un système d’échangeur thermique interne audit au moins un espace, dans lequel circule un fluide cryogénique ou dans lequel peut être chargé un fluide cryogénique, se caractérisant en ce que le système d’échangeur thermique comporte au moins un échangeur air/neige carbonique conforme à la revendication 2, et en ce que l’on régule la température régnant au sein dudit espace de stockage en faisant varier le déplacement dudit volet le long de ladite face et donc ainsi la surface d'échange entre ladite face et l’air dudit espace à refroidir, et en agissant sur le variateur de vitesse dudit ventilateur.3. A method for transporting thermosensitive products in a refrigerated truck, of the type in which the truck is provided with: at least one storage space for the products, and a heat exchanger system internal to the at least one space, in which circulates a cryogenic fluid or in which can be charged a cryogenic fluid, characterized in that the heat exchanger system comprises at least one air / dry ice exchanger according to claim 2, and in that the temperature prevailing within said storage space by varying the movement of said flap along said face and thus the exchange surface between said face and the air of said space to be cooled, and by acting on the speed variator of said fan .
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