WO2015075335A1 - Système frigorifique cryo-mecanique mettant en œuvre des échanges cryogene/frigorigene - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates on the one hand to the field of transport and distribution of thermosensitive products, such as pharmaceuticals and foodstuffs.
- the invention is much more broadly concerned with processes for transferring refrigerating power (frigories) to products, making it possible to maintain the temperature of the products at a required level, in transport vehicles or otherwise (other storage spaces). storage and maintenance).
- 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 a cryogenic fluid and in particular liquid nitrogen or carbon dioxide.
- the present invention is more particularly concerned with refrigeration units for mechanical cooling in order to improve their performance, as will be seen by the incorporation of a cryogenic circuit.
- a refrigeration unit for temperature-controlled transport is generally sized to meet the refrigeration needs during the decent temperature of the body (storage room products) in which it is installed) intervening at the start of the tour and / or after the closing of the doors (intervening after an opening to load, unload products etc., ...) to ensure a quick return to the set temperature and thus better respect the cold chain.
- the group is very largely oversized.
- an oversized refrigeration unit is an economically less competitive group for the operator of this truck because on the one hand it will cost more to buy, and that on the other hand, because of its size, an oversized refrigeration unit requires a larger heat engine that consumes more fuel during all phases of its operation.
- the present invention then wishes to propose a technical solution to optimize the power required of a refrigeration unit for refrigerated transport, and which allows in particular: to undersize the refrigeration unit while having sufficient cooling capacity when the truck is working load partial (temperature maintenance); - to be able to complete refrigeration requirements during full load operation (fast descent, door openings) thanks to the presence of an integrated cryogenic system; to optimize the consumption and the energy performance of the two refrigerating and cryogenic circuits.
- the present invention relates to a vehicle for transporting refrigerated truck temperature-sensitive products, of a type where the cold necessary to maintain the temperature of the products at a required level is provided by a mechanical vapor compression refrigeration unit technology operating closed-loop, vehicle equipped with:
- a refrigerating unit for mechanical cooling in which a refrigerant circulates a group comprising:
- a compressor able to compress the refrigerant obtained at the outlet of the cold battery to raise its pressure and its temperature
- a condenser able to receive the compressed fluid at its compressor outlet
- a pressure reducer able to treat the fluid leaving the condenser to lower its pressure and temperature, before it is redirected into said cold battery
- a reserve of a cryogenic fluid such as liquid CO 2 or liquid nitrogen
- cryogenic evaporator in fluid connection with said reservoir for receiving said cryogenic fluid
- the invention also relates to a method for transporting temperature-sensitive products in a refrigerated vehicle, of a type in which the cold required to maintain the temperature of the products at a required level is provided by a closed-loop mechanical vapor compression refrigeration unit technology. , equipped vehicle:
- a refrigerating unit for mechanical cooling in which a refrigerant circulates a group comprising:
- a condenser able to receive the compressed fluid at its compressor outlet;
- a pressure reducer able to treat the fluid leaving the condenser to lower its pressure and temperature, before it is redirected into said cold battery;
- the vehicle is provided with a reserve of a cryogenic fluid such as liquid CO 2 or liquid nitrogen and a cryogenic evaporator in fluid connection with said reserve to be able to receive said cryogenic fluid;
- a cryogenic fluid such as liquid CO 2 or liquid nitrogen
- a heat exchange is effected between the refrigerant obtained at the outlet of the compressor, before it arrives in the condenser, and the cryogenic fluid at the outlet of the cryogenic evaporator.
- the invention may furthermore adopt one or more of the following features:
- said heat exchange is carried out between the refrigerant obtained at the outlet of the compressor, before it arrives in the condenser, and said cryogenic fluid at the outlet of the cryogenic evaporator; in an exchanger / desuperheater, located in said mechanical cold loop between the compressor and the condenser.
- the vehicle is further provided with an exchanger / superheater, positioned in said mechanical cold loop between the evaporator / cold battery and the compressor, exchanger / superheater capable of performing a heat exchange between the refrigerant obtained at output of cold battery and before its arrival in the compressor, and the cryogenic fluid obtained at the outlet of exchanger / desuperheater.
- the vehicle is further provided with an exchanger / subcooler positioned in said mechanical cold loop between the condenser and the expander, exchanger / subcooler adapted to perform a heat exchange between the refrigerant obtained at output condenser and before its arrival in the expander, and the cryogenic fluid obtained at the outlet of exchanger / superheater.
- the cryogenic evaporator and the evaporator / cold coil of the mechanical cooling circuit are two independent evaporators, each equipped with its own ventilation means.
- the cryogenic evaporator and the evaporator / cold battery of the mechanical cooling circuit are a single evaporator, provided with its ventilation means, and split into two circuits independent of circulation of the cryogen on the one hand and the refrigerant on the other hand.
- the technical solution proposed by the present invention is based on the fact that at the cryogenic evaporator outlet the gas passes into at least one exchanger, preferably in two successive exchangers and even more preferably in 3 successive exchangers: the desuperheater exchanger, placed between the discharge of the compressor and the inlet of the condenser: this arrangement allows to cool the refrigerant discharged by the compressor, which is beneficial not only for the efficiency of the compressor and its power consumption but also for the condenser which sees its entry temperature down.
- the superheater exchanger placed between the outlet of the refrigeration evaporator and the inlet of the compressor.
- This exchanger for example consisting of two coaxial tubes, is supplied with the cryogenic gases leaving the exchanger / desuperheater at relatively high temperatures relative to that of the vapor leaving the evaporator, being generally superheated from 3 to 8 degrees to the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator.
- the subcooler heat exchanger placed between the condenser outlet and the regulator inlet. This exchanger is fed with the cryogenic gases leaving the exchanger "superheater”. The heat exchange between the refrigerant at the outlet of the condenser and the cryogenic gases obtained at the outlet of the superheater allows additional subcooling of the refrigerant. As the refrigerant is now undercooled, it enters the expander to undergo isenthalpic expansion. Thus, all the power injected at the subcooler will be harvested at the refrigeration evaporator.
- the cryogenic cold evaporator circuit is fed with cryogen (liquid nitrogen, liquid CO2 or other) only when the internal air temperature at the body is sufficiently higher than that of the desired set temperature in the truck body (for example with a difference of at least 5 ° C).
- cryogen liquid nitrogen, liquid CO2 or other
- the cryogenic fluid used may be liquid nitrogen, liquefied air, liquid CO2 or any other fluid.
- an expansion step is necessary to make the CO2 (usually stored at 20bar / -20 ° C) to a thermodynamic state more favorable to this use, that is to say at a pressure close to 6bar and a corresponding saturation temperature of about -53 ° C.
- cryogenic evaporator when it is powered, the cryogenic evaporator provides additional cooling capacity, the cryogen delivers its energy to the air and heats up at the outlet of the exchanger.
- the cryogenic evaporator outlet gases can be at a temperature of -25 ° C in the case of frozen products transported in the box. This low temperature level can then be valorized in different places of the refrigerating circuit as developed above.
- the present invention also relates to a method for transferring cooling capacity (frigories) to products, making it possible to maintain the temperature of the products at a required level, a process of the type where the cold necessary to maintain the temperature of the products at a required level is provided by a closed-loop mechanical vapor compression refrigeration unit technology, a mechanical refrigeration unit in which a refrigerant circulates and which comprises:
- a pressure reducer (4) able to treat the condenser outlet fluid to lower its pressure and temperature, before it is redirected into said cold battery;
- an additional cooling capacity is provided to the products by the setting of following measures:
- a reserve (5) of a cryogenic fluid such as liquid CO 2 or liquid nitrogen is available,
- a cryogenic evaporator (6) is provided in fluid connection with said reservoir in order to receive said cryogenic fluid
- cryogenic evaporator is supplied with cryogenic fluid and a heat exchange is effected between the refrigerant obtained at the compressor outlet, before it arrives in the condenser, and the cryogenic fluid at the outlet of the cryogenic evaporator.
- FIG. 1 is a partial schematic representation of an installation according to the invention, the following elements are recognized in FIG.
- a compressor 2 capable of compressing the refrigerant obtained at the outlet of the cold battery to raise its pressure and its temperature
- a condenser 3 able to receive the compressed fluid at its compressor outlet
- a regulator 4 capable of treating the fluid at the outlet of the condenser in order to lower its pressure and its temperature before it is re-routed into said cold battery.
- the installation comprises:
- a reserve 5 of a cryogenic fluid such as liquid CO2 or liquid nitrogen, traditionally located under the vehicle;
- cryogenic evaporator 6 in fluid connection with the storage 5 to be able to receive the cryogenic fluid
- FIG. 1 illustrates an embodiment of the invention where, in addition to the presence of the exchanger / desuperheater 7, the installation advantageously comprises two other exchangers:
- exchanger / superheater 8 positioned in the mechanical cold loop between the evaporator / cold battery 1 and the compressor 2, exchanger / superheater capable of performing a heat exchange between the refrigerant obtained at the output of the cold battery and before it arrives in the compressor, and the cryogenic fluid obtained at the exchanger / desuperheater outlet.
- exchanger / subcooler 9 positioned in the mechanical cold loop between the condenser and the expander, exchanger / subcooler capable of performing a heat exchange between the refrigerant obtained at the outlet of the condenser and before it arrives in the expander; , and the cryogenic fluid obtained at the outlet of exchanger / superheater.
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Abstract
L'invention concerneun véhicule de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, de typeoùle froid nécessaire au maintien de la température des produits à un niveau requis est fourni par une technologie de groupefrigorifiqueà compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée,se caractérisant en ce que le véhicule est muni: d'une réserve(5) d'un fluide cryogénique tel le CO2 liquide ou l'azote liquide, d'un évaporateur cryogénique(6) en connexion de fluide avec ladite réserve pour pouvoirrecevoir ledit fluide cryogénique; d'un échangeur/désurchauffeur(7),situé dans la boucle de froid mécanique entre le compresseur et le condenseur,échangeur/désurchauffeur apte à réaliser unéchange thermique entrele fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur,etledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique.
Description
SYSTEME FRIGORIFIQUE CRYO-MECANIQUE METTANT EN ŒUVRE DES ECHANGES CRYOGENE/FRIGORIGENE
La présente invention concerne d'une part le domaine du transport et de la distribution de produits thermosensibles, tels les produits pharmaceutiques et les denrées alimentaires.
Mais l'invention s'intéresse de façon beaucoup plus large aux procédés pour transférer de la puissance frigorifique (frigories) à des produits, permettant de maintenir la température des produits à un niveau requis, dans des véhicules de transport ou non (autres espaces de stockage et maintien).
S'agissant par exemple du domaine du transport, le froid nécessaire au maintien de 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 d'un fluide cryogénique et en particulier d'azote liquide ou le dioxyde de carbone.
La présente invention s'intéresse plus particulièrement aux groupes frigorifiques de froid mécanique dans l'objectif d'améliorer leurs performances, ceci comme on le verra par l'incorporation d'un circuit cryogénique.
En effet, un groupe frigorifique destiné au transport sous température dirigée est généralement dimensionné pour répondre aux besoins frigorifiques lors de la décente en température de la caisse (chambre de stockage des produits) dans laquelle il est installé) intervenant au démarrage de la tournée et/ou après les fermetures des portes (intervenant après une ouverture pour charger, décharger des produits etc., ...) pour garantir un retour rapide à la température de consigne et respecter ainsi au mieux la chaîne du froid. En dehors de ces conditions spécifiques très demandeuses de puissance frigorifique (on parle dans ce domaine technique de « frigories »), c'est-à-dire dans les phases de maintien de
température, portes de la caisse fermées, le groupe se trouve très largement surdimensionné.
Or, un groupe frigorifique surdimensionné est un groupe économiquement moins compétitif pour l'opérateur de ce camion car d'une part il coûtera plus cher à l'achat, et que d'autre part, de par sa taille, un groupe frigorifique surdimensionné nécessite un moteur thermique plus grand qui consomme alors d'avantage de fuel pendant toute les phases de son fonctionnement.
La présente invention souhaite alors proposer une solution technique pour optimiser la puissance requise d'un groupe frigorifique destiné au transport frigorifique, et qui permette notamment : de sous dimensionner le groupe frigorifique tout en disposant d'une puissance frigorifique suffisante quand le camion fonctionne en charge partielle (maintien de température) ; - de pouvoir compléter les besoins frigorifiques lors du fonctionnement en pleine charge (descente rapide, ouvertures de portes) grâce à la présence d'un système cryogénique intégré ; d'optimiser la consommation et la performance énergétique des deux circuits frigorifique et cryogénique.
Dans cet objectif, la présente invention concerne un véhicule de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, de type où le froid nécessaire au maintien de la température des produits à un niveau requis est fourni par une technologie de groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, véhicule muni :
- d'au moins une chambre de stockage des produits,
- d'un groupe frigorifique de froid mécanique dans lequel circule un fluide frigorigène, groupe comprenant :
i) un évaporateur/batterie froide ;
j) un compresseur, apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température,
k) un condenseur, apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ;
I) un détendeur, apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide ;
se caractérisant en ce que le véhicule est muni des éléments suivants :
- d'une réserve d'un fluide cryogénique tel le CO2 liquide ou l'azote liquide,
- d'un évaporateur cryogénique en connexion de fluide avec ladite réserve pour pouvoir recevoir ledit fluide cryogénique ;
- d'un échangeur/désurchauffeur, situé dans ladite boucle de froid mécanique entre le compresseur et le condenseur, échangeur/désurchauffeur apte à réaliser un échange thermique entre les fluides suivants :
a) le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et
b) ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique.
L'invention concerne également un procédé de transport de produits thermosensibles en véhicule réfrigéré, de type où le froid nécessaire au maintien de la température des produits à un niveau requis est fourni par une technologie de groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, véhicule muni :
- d'au moins une chambre de stockage des produits,
- d'un groupe frigorifique de froid mécanique dans lequel circule un fluide frigorigène, groupe comprenant :
i) un évaporateur/batterie froide ;
j) un compresseur, apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température,
k) un condenseur, apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ;
I) un détendeur, apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide ;
et se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes :
- le véhicule est muni d'une réserve d'un fluide cryogénique tel le CO2 liquide ou l'azote liquide et d'un évaporateur cryogénique en connexion de fluide avec ladite réserve pour pouvoir recevoir ledit fluide cryogénique ;
- on réalise un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique.
L'invention pourra par ailleurs adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- on réalise ledit échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique ; dans un échangeur/désurchauffeur, situé dans ladite boucle de froid mécanique entre le compresseur et le condenseur.
- le véhicule est muni, de plus, d'un échangeur/surchauffeur, positionné dans ladite boucle de froid mécanique entre l'évaporateur/batterie froide et le compresseur, échangeur/surchauffeur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide et avant son arrivée dans le compresseur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/désurchauffeur.
- le véhicule est muni, de plus, d'un échangeur/sous-refroidisseur, positionné dans ladite boucle de froid mécanique entre le condenseur et le détendeur, échangeur/sous-refroidisseur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de condenseur et avant son arrivée dans le détendeur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/surchauffeur.
- selon un des modes de mise en œuvre de l'invention, l'évaporateur cryogénique et l'évaporateur/batterie froide du circuit de froid mécanique sont deux évaporateurs indépendants, chacun muni de ses propres moyens de ventilation.
- selon un autre des modes de mise en œuvre de l'invention, l'évaporateur cryogénique et l'évaporateur/batterie froide du circuit de froid mécanique sont un seul et même évaporateur, muni de ses moyens de ventilation, et scindé en deux circuits indépendants de circulation du cryogène d'une part et du fluide frigorigène d'autre part.
Comme il apparaîtra clairement à l'homme du métier à la lecture de ce qui précède, la solution technique proposée par la présente invention repose sur le fait qu'en sortie d'évaporateur cryogénique le gaz passe dans au moins un échangeur, préférentiellement dans deux échangeurs successifs et encore plus préférentiellement dans 3 échangeurs successifs : l'échangeur désurchauffeur, placé entre le refoulement du compresseur et l'entrée du condenseur : cette disposition permet de refroidir le fluide frigorigène refoulé par le compresseur, ce qui est bénéfique non seulement pour le rendement du compresseur et sa consommation électrique mais aussi pour le condenseur qui voit sa température d'entrée en baisse. Ceci a pour conséquence un condenseur davantage chargé en fluide frigorigène, et donc, à surface d'échange équivalente, cela se traduit par quelques degrés de sous refroidissement additionnel, donc de puissance frigorifique additionnelle au niveau de l'évaporateur frigorifique. l'échangeur surchauffeur, placé entre la sortie de l'évaporateur frigorifique et l'entrée du compresseur. Cet échangeur, par exemple constitué de deux tubes coaxiaux, est alimenté avec les gaz cryogéniques sortant de l'échangeur /désurchauffeur à des températures relativement élevées par rapport à celle des vapeurs en sortie de l'évaporateur, se trouvant généralement surchauffées de 3 à 8 degrés par rapport à la température d'évaporation du fluide frigorigène dans l'évaporateur. Il en résulte une élévation de la température des vapeurs du fluide frigorigène issues de l'évaporateur/batterie froide, c'est-à-dire une surchauffe additionnelle avant qu'elles ne soient aspirées par le compresseur. Cette surchauffe permet de réduire celle de l'évaporateur frigorifique à un niveau bas, ce qui est bénéfique pour son fonctionnement car cela permet d'avoir une puissance frigorifique additionnelle. En sortie de cet échangeur/surchauffeur, le cryogène subit un refroidissement. Si le pincement de température de cet
échangeur est bien optimisé, les gaz cryogéniques peuvent sortir à une température avoisinant les -5°C (notamment dans le cas du transport de surgelés). Il est alors avantageux de ne pas les rejeter mais au contraire de les utiliser pour sous-refroidir le liquide frigorigène en sortie de condenseur, ce qui est fait dans le 3e échangeur dit « sous-refroidisseur » proposé selon un des modes de l'invention. l'échangeur sous-refroidisseur : placé entre la sortie du condenseur et l'entrée du détendeur. Cet échangeur est alimenté avec les gaz cryogéniques sortant de l'échangeur « surchauffeur ». L'échange thermique entre le fluide frigorigène en sortie du condenseur et les gaz cryogéniques obtenus en sortie de surchauffeur permet un sous-refroidissement additionnel du fluide frigorigène. Le fluide frigorigène étant maintenant sous-refroidi, il pénètre dans le détendeur pour subir une détente isenthalpique. Ainsi, toute la puissance injectée au niveau du sous-refroidisseur sera récoltée au niveau de l'évaporateur frigorifique.
Selon un des modes préférés de mise en œuvre de l'invention, le circuit de l'évaporateur du froid cryogénique est alimenté en cryogène (azote liquide, CO2 liquide ou autre) uniquement quand la température de l'air interne à la caisse est suffisamment supérieure à celle de la température de consigne souhaitée dans la caisse du camion (par exemple avec un écart d'au moins 5°C). Comme on l'a dit, le fluide cryogénique mis en œuvre peut être de l'azote liquide, de l'air liquéfié, du CO2 liquide ou tout autre fluide. Dans le cas du CO2, une étape de détente est nécessaire pour rendre le CO2 (généralement stocké à 20bar/-20°C) à un état thermodynamique plus favorable à cette utilisation, c'est-à- dire à une pression proche de 6bar et une température de saturation correspondante d'environ -53°C.
On l'a donc compris, quand il est alimenté, l'évaporateur cryogénique fournit une puissance frigorifique additionnelle, le cryogène livre son énergie à l'air et se réchauffe en sortie d'échangeur. Tenant compte d'un pincement optimisé de cet échangeur (la notion de pincement d'un échangeur est bien connue de l'homme du métier cryogéniste et nous ne la développerons pas à nouveau ici), les gaz en sortie d'évaporateur cryogénique peuvent être à une température de -25°C dans le cas de produits surgelés transportés dans la caisse. Ce niveau de température bas
peut alors être valorisé dans différents endroits du circuit frigorifique comme développé plus haut.
La présente invention concerne également un procédé pour transférer de la puissance frigorifique (frigories) à des produits, permettant de maintenir la température des produits à un niveau requis, procédé du type où le froid nécessaire au maintien de la température des produits à un niveau requis est fourni par une technologie de groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, groupe frigorifique de froid mécanique dans lequel circule un fluide frigorigène et qui comprend :
i) un évaporateur/batterie froide (1 );
j) un compresseur (2), apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température,
k) un condenseur (3), apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ;
I) un détendeur (4), apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide ;
se caractérisant en ce que selon la position de la température des produits par rapport à une température de consigne souhaitée ou de l'air environnant les produits par rapport à une température de consigne souhaitée, on fournit une puissance frigorifique additionnelle au produits par la mise en œuvre des mesures suivantes :
- on dispose d'une réserve (5) d'un fluide cryogénique tel le CO2 liquide ou l'azote liquide,
- on dispose d'un évaporateur cryogénique (6) en connexion de fluide avec ladite réserve pour pouvoir recevoir ledit fluide cryogénique ;
- on alimente l'évaporateur cryogénique en fluide cryogénique et on réalise un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique.
Comme on l'aura compris à la lecture de toute la description précédente, on fournit typiquement la puissance frigorifique additionnelle au produits quand la
température des produits ou de l'air environnant les produits est suffisamment supérieure à celle d'une température de consigne souhaitée, par exemple avec un écart d'au moins 5°C. La figure 1 annexée est une représentation schématique partielle d'une installation conforme à l'invention, on reconnaît sur la figure 1 les éléments suivants :
- un groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, équipant le véhicule (le véhicule en lui même n'est pas représenté), comprenant :
- un évaporateur/batterie froide 1 ;
- un compresseur 2, apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température,
- un condenseur 3, apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ; et
- un détendeur 4, apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide.
Conformément à l'invention, l'installation comporte :
- une réserve 5 d'un fluide cryogénique tel le CO2 liquide ou l'azote liquide, traditionnellement située sous le véhicule ;
- un évaporateur cryogénique 6 en connexion de fluide avec le stockage 5 pour pouvoir recevoir le fluide cryogénique ;
- un échangeur/désurchauffeur 7, situé dans la boucle de froid mécanique entre le compresseur 2 et le condenseur 3, échangeur/désurchauffeur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et le fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique 6. La figure 1 illustre un mode de réalisation de l'invention où outre la présence de l'échangeur/désurchauffeur 7, l'installation comporte avantageusement deux autres échangeurs :
- un échangeur/surchauffeur 8, positionné dans la boucle de froid mécanique entre l'évaporateur/batterie froide 1 et le compresseur 2,
échangeur/surchauffeur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide et avant son arrivée dans le compresseur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/désurchauffeur.
- un échangeur/sous-refroidisseur 9, positionné dans la boucle de froid mécanique entre le condenseur et le détendeur, échangeur/sous-refroidisseur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de condenseur et avant son arrivée dans le détendeur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/surchauffeur.
Et pour mieux comprendre l'invention, les deux tableaux suivants donnent l'état de température, de pression et d'enthalpie pour un exemple de fonctionnement d'une telle installation conforme à la figure 1 , aux principaux points de cette installation, dans le circuit du fluide frigorigène (R404A) et dans le circuit du cryogène (CO2 liquide).
Tableau 1 : données thermodynamiques du circuit frigorifique (R404A)
Point T(°C) P(bar) h(kJ/kg)
a -20 20 156
b -53 6 156
c -25 5,95 457
d -20 5,9 462
e 46 5,85 520
f -5 5,8 475
g 30 5,75 506
Tableau 2 : données thermodynamiques du circuit cryogénique (CO2)
On a pu démontrer que l'enchaînement du circuit cryogénique en trois échangeurs successifs permet de : valoriser les gaz en sortie de l'évaporateur cryogénique jusqu'à 40% de puissance additionnelle ; booster la puissance frigorifique du groupe mécanique et améliorer le coefficient de sa performance en maximisant sa puissance frigorifique et abaissant sa puissance consommée par le compresseur.
En d'autres termes, en utilisant la présente invention, avec un groupe frigorifique de taille inférieure, on peut atteindre, voire dépasser les performances du groupe frigorifique de taille standard. On comprend que cela impacte positivement à la fois le CAPEX (coût d'investissement plus faible) et l'OPEX (moins de consommation de fuel, maintenance plus faible) de l'ensemble. L'installation ne requière, dans son mode de mise en œuvre le plus complet, que trois échangeurs simples, par exemple coaxiaux, en plus d'un échangeur cryogène/air qui peut être de type tube et ailettes standard, ainsi qu'un réservoir cryogénique, qui peut être de taille beaucoup plus petite que ce que nécessiterait une solution 100% cryogénique.
Claims
1. Véhicule de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, de type où le froid nécessaire au maintien de la température des produits à un niveau requis est fourni par une technologie de groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, véhicule muni :
- d'au moins une chambre de stockage des produits,
- d'un groupe frigorifique de froid mécanique dans lequel circule un fluide frigorigène, groupe comprenant :
i) un évaporateur/batterie froide (1 );
j) un compresseur (2), apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température ;
k) un condenseur (3), apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ;
I) un détendeur (4), apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide ;
se caractérisant en ce que le véhicule est muni des éléments suivants :
- d'une réserve (5) d'un fluide cryogénique tel le CO2 liquide ou l'azote liquide,
- d'un évaporateur cryogénique (6) en connexion de fluide avec ladite réserve pour pouvoir recevoir ledit fluide cryogénique ;
- d'un échangeur/désurchauffeur (7), situé dans ladite boucle de froid mécanique entre le compresseur et le condenseur, échangeur/désurchauffeur apte à réaliser un échange thermique entre les fluides suivants :
a) le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et
b) ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur (6) cryogénique.
2. Véhicule selon la revendication 1 , se caractérisant en ce que le véhicule est muni, de plus, d'un échangeur/surchauffeur (8), positionné dans ladite boucle de froid mécanique entre l'évaporateur/batterie froide et le compresseur, échangeur/surchauffeur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide
frigorigène obtenu en sortie de batterie froide et avant son arrivée dans le compresseur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/désurchauffeur (7).
3. Véhicule selon la revendication 2, se caractérisant en ce que le véhicule est muni, de plus, d'un échangeur/sous-refroidisseur (9), positionné dans ladite boucle de froid mécanique entre le condenseur et le détendeur, échangeur/sous-refroidisseur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de condenseur et avant son arrivée dans le détendeur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/surchauffeur (8).
4. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que l'évaporateur cryogénique (6) et l'évaporateur/batterie froide (1 ) du circuit de froid mécanique sont deux évaporateurs indépendants, chacun muni de ses propres moyens de ventilation.
5. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 3, se caractérisant en ce que l'évaporateur cryogénique (6) et l'évaporateur/batterie froide (1 ) du circuit de froid mécanique sont un seul et même évaporateur, muni de ses moyens de ventilation, et scindé en deux circuits indépendants de circulation du cryogène d'une part et du fluide frigorigène d'autre part.
6. Procédé de transport de produits thermosensibles en véhicule réfrigéré, de type où le froid nécessaire au maintien de la température des produits à un niveau requis est fourni par une technologie de groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, véhicule muni :
- d'au moins une chambre de stockage des produits,
- d'un groupe frigorifique de froid mécanique dans lequel circule un fluide frigorigène, groupe comprenant :
i) un évaporateur/batterie froide (1 ) ;
j) un compresseur (2), apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température ;
k) un condenseur (3), apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ;
I) un détendeur (4), apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide ;
et se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes :
- le véhicule est muni d'une réserve (5) d'un fluide cryogénique tel le CO2 liquide ou l'azote liquide et d'un évaporateur cryogénique (6) en connexion de fluide avec ladite réserve pour pouvoir recevoir ledit fluide cryogénique ; et
- on réalise un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique.
7. Procédé selon la revendication 6, se caractérisant en ce que l'on réalise ledit échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique , dans un échangeur/désurchauffeur (7), situé dans ladite boucle de froid mécanique entre le compresseur et le condenseur.
8. Procédé selon la revendication 7, se caractérisant en ce que l'on réalise de plus un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide et avant son arrivée dans le compresseur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/désurchauffeur, dans un échangeur/surchauffeur (8), positionné dans ladite boucle de froid mécanique entre l'évaporateur/batterie froide et le compresseur.
9. Procédé selon la revendication 8, se caractérisant en ce que l'on réalise de plus un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de condenseur et avant son arrivée dans le détendeur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/surchauffeur (8), dans un échangeur/sous-refroidisseur (9), positionné dans ladite boucle de froid mécanique entre le condenseur et le détendeur.
10. Procédé pour transférer de la puissance frigorifique (frigories) à des produits, permettant de maintenir la température des produits à un niveau requis, procédé du type où le froid nécessaire au maintien de la température des produits à un niveau requis est fourni par une technologie de groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, groupe frigorifique de froid mécanique dans lequel circule un fluide frigorigène et qui comprend :
i) un évaporateur/batterie froide (1 );
j) un compresseur (2), apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température,
k) un condenseur (3), apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ;
I) un détendeur (4), apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide ;
se caractérisant en ce que selon la position de la température des produits par rapport à une température de consigne souhaitée ou de l'air environnant les produits par rapport à une température de consigne souhaitée, on fournit une puissance frigorifique additionnelle au produits par la mise en œuvre des mesures suivantes :
- on dispose d'une réserve (5) d'un fluide cryogénique tel le CO2 liquide ou l'azote liquide,
- on dispose d'un évaporateur cryogénique (6) en connexion de fluide avec ladite réserve pour pouvoir recevoir ledit fluide cryogénique ;
- on alimente l'évaporateur cryogénique en fluide cryogénique et on réalise un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique.
11. Procédé selon la revendication 10, se caractérisant en ce que l'on fournit la puissance frigorifique additionnelle au produits quand la température des produits ou de l'air environnant les produits est suffisamment supérieure à celle d'une température de consigne souhaitée, par exemple avec un écart d'au moins 5°C.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 1 1 , se caractérisant en ce que l'on réalise ledit échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique, dans un échangeur/désurchauffeur (7), situé dans ladite boucle de froid mécanique entre le compresseur et le condenseur.
13. Procédé selon la revendication 12, se caractérisant en ce que l'on réalise de plus un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide et avant son arrivée dans le compresseur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/désurchauffeur (7), dans un échangeur/surchauffeur (8), positionné dans ladite boucle de froid mécanique entre l'évaporateur/batterie froide et le compresseur.
14. Procédé selon la revendication 13, se caractérisant en ce que l'on réalise de plus un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de condenseur et avant son arrivée dans le détendeur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/surchauffeur (8), dans un échangeur/sous- refroidisseur (9), positionné dans ladite boucle de froid mécanique entre le condenseur et le détendeur.
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