WO2020049229A1 - Installation permettant la surgélation cryogénique de produits alimentaires pendant le transport - Google Patents

Installation permettant la surgélation cryogénique de produits alimentaires pendant le transport Download PDF

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Mohammed Youbi-Idrissi
Rémi CRISTO
Abdesslam HJIEJ
Olivier BOUCAT
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L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Air Liquide Middle East & North Africa
Air Liquide Al Khafrah Industrial Gases
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    • F25D17/06—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection by forced circulation

Definitions

  • the present invention relates to the field of deep-freezing and temperature-controlled transport of foodstuffs, from their places of production to storage and / or consumption, and / or sales points. It concerns in particular fruits and vegetables, but also meats, fish, aromatic herbs or even prepared meals.
  • the freezing step at -20 ° C is done separately, upstream of transport, in food processing plants.
  • the slowness of the cooling rate is due to the fact that the temperature at which the cooling capacity is produced, approaches at best -40 ° C. This limit is dictated by the very nature of the operation of the mechanical refrigeration units because the production of cold at temperatures below -40 ° C requires the use of refrigerants of the hydrocarbon type, with a poor coefficient of performance (COP), a large compressor size, and safety constraints.
  • COP coefficient of performance
  • a deep freezing that can be described as “rapid”, often operated by the use of cells or cooling tunnels supplied by cryogenic fluids (liquid nitrogen or CO2 transforming into carbon dioxide snow).
  • cryogenic fluids liquid nitrogen or CO2 transforming into carbon dioxide snow.
  • the rapidity of cooling comes from the fact that the temperature at which the cold is produced ranges from -60 ° C to -120 ° C, this production is also associated with ventilation means allowing to have a heat exchange coefficient quite high.
  • a quick freezing allows to preserve the quality of the product, its color and its aromas with a weight loss lower than 0.5% (to compare with the 2 to 5% observed in mechanical cold).
  • the product Once frozen, the product usually undergoes a storage step in cold rooms maintained at a temperature less than or equal to -20 ° C (to guarantee the cold chain). It is then transported in refrigerated trucks to the points of storage and / or sale and / or consumption of the product.
  • cryogenic fluid into the transport case (very often liquid nitrogen);
  • an "indirect” technique often called “CTI” which implements one or more heat exchanger (s) in the internal enclosure where the products are transported (we also speak of a "chamber", a “box”, or even an insulated “box” ); exchanger in which the cryogenic fluid circulates (such as liquid nitrogen or Liquid CO2), the enclosure being moreover provided with an air circulation system (fans) bringing this air into contact with the cold walls of the exchanger, thereby cooling the air inside the chamber cold of the truck, the cryogenic fluid supplying the exchanger (s) coming from a cryogen tank traditionally located under the truck (tank itself supplied when necessary from an upstream tank, fixed or mobile but in any case not attached to the vehicle).
  • CTI heat exchanger
  • the enclosure being moreover provided with an air circulation system (fans) bringing this air into contact with the cold walls of the exchanger, thereby cooling the air inside the chamber cold of the truck, the cryogenic fluid supplying the exchanger (s) coming from a cryogen tank traditionally located under the truck (tank itself
  • the atmospheres maintained inside the cold room can be provided both for fresh products (typically a temperature close to 4 ° C) and for frozen products (typically a temperature close to -20 ° C).
  • the heat extracted from the air allows, first a complete evaporation of the cryogenic fluid circulating in the exchanger, then a raising its temperature to a temperature close to that of the enclosure.
  • the cryogenic fluid is then discharged outside after having yielded a maximum of cooling energy.
  • the present invention endeavors to propose a new management of food products at their place of production, to improve the maintenance of the quality of such products, while offering operational gains. And as we will see in more detail below, in the current state of this industry, the links in the cold chain are separated:
  • the present invention endeavors to propose a very advantageous combination of the two stages of rapid freezing and optimum refrigerated transport “two in one”, all using a vehicle (trailer) specifically equipped with storage means and of cold production adapted to each stage.
  • the invention therefore relates to a refrigerated transport vehicle for products, in particular food products, comprising the following parts:
  • a first part which is located at the front of the truck (ie being integral with the trailer) and consists of a horizontal cryogenic storage, which can be completely “standard”, provided with its own recharging means.
  • This storage can be liquid nitrogen or liquid CO 2 .
  • its capacity will be dimensioned so as to have sufficient autonomy for the targeted application.
  • this step can be done using mechanical cold if desired, if there is no operational time constraint (since this step generally requires around 3 to 4 hours at an outside temperature of + 30 ° C), or by using cryogenic cold which allows a rapid drop in temperature, generally in less than an hour, but to the detriment of a consumption of cryogen, for example liquid nitrogen, which can reach several hundred liters;
  • the products in certain regions of the globe, can enter at an ambient temperature ranging from + 20 ° C to + 35 ° C;
  • cryogen for example liquid nitrogen or liquid CO2 transforming into carbon dioxide snow
  • this step can be do while the truck is on its way;
  • cryogenic system is stopped and the set temperature is maintained (for example -20C) by the intervention of the mechanical group;
  • the products are unloaded on the site that receives them (storage, consumption or sale site).

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Abstract

L'invention concerne un procédé de transport frigorifique de produits, notamment de produits alimentaires, depuis leur lieu de production jusqu'à un point de stockage ou de consommation ou de vente, à l'aide d'un véhicule (1) de transport frigorifique qui comprend un conteneur frigorifique (3) et qui est muni d'un groupe frigorifique de froid mécanique, comprenant les étapes suivantes : • - préalablement au chargement des produits dans l'espace interne du conteneur, on procède à une phase de refroidissement en descente rapide de l'espace interne, ceci par la mise en oeuvre de froid mécanique ou d'une injection directe d'un fluide cryogénique dans l'espace interne; • - on procède au chargement des produits dans l'espace interne du véhicule; se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : • - on procède à une phase de surgélation des produits chargés, par la mise en oeuvre d'une injection directe d'un fluide cryogénique dans l'espace interne, jusqu'à l'obtention d'une consigne de surgélation, par exemple -20°C; • - on procède à l'arrêt de l'injection directe d'un fluide cryogénique et l'on assure le maintien de la température de consigne par l'intervention du groupe de froid mécanique; • - à la fin de la phase de transport, on procède au déchargement des produits ainsi surgelés chez ledit point de stockage ou de consommation ou de vente.

Description

INSTALLATION PERMETTANT LA SURGÉLATION CRYOGÉNIQUE DE PRODUITS ALIMENTAIRES PENDANT LE TRANSPORT
La présente invention concerne le domaine de la surgélation et du transport sous température dirigée des denrées alimentaires, de leurs lieux de production jusqu’aux points de stockage et/ou de consommation, et/ou de vente. Elle concerne notamment les fruits et légumes, mais aussi les viandes, les poissons, les herbes aromatiques ou encore des plats préparés.
Traditionnellement, l’étape de surgélation à -20°C se fait séparément, en amont du transport, dans des usines de transformation alimentaire.
Pour surgeler les produits, deux techniques sont classiquement utilisées :
Une surgélation que l’on peut qualifier de“lente”, moyennant des cellules ou des tunnels de refroidissement fonctionnant avec un groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur (« froid mécanique »). La lenteur de la vitesse de refroidissement vient du fait que la température à laquelle la puissance frigorifique est produite, avoisine au mieux les -40°C. Cette limite est dictée par la nature même du fonctionnement des groupes du froid mécanique car une production de froid à des températures inférieures à -40°C requiert l'utilisation des fluides frigorigènes de type hydrocarbures, avec un coefficient de performance (COP) médiocre, une grande taille de compresseur, et des contraintes de sécurité.
Une surgélation que l’on peut qualifier de“rapide”, souvent opérée par l’utilisation des cellules ou des tunnels de refroidissement alimentés par des fluides cryogéniques (azote liquide ou CO2 se transformant en neige carbonique). La rapidité du refroidissement vient du fait que la température à laquelle le froid est produit s'échelonne entre -60°C et -120°C, cette production est également associée avec des moyens de ventilation permettant d’avoir un coefficient d’échange thermique assez élevé. Une surgélation rapide permet de conserver la qualité du produit, sa couleur et ses arômes avec une perte de poids inférieure à 0.5% (à comparer avec les 2 à 5% observés en froid mécanique). Une fois surgelé, le produit connaît habituellement une étape de stockage dans des chambres froides maintenues à une température inférieure ou égale à -20°C (pour garantir la chaîne du froid). Il est ensuite transporté dans des camions frigorifiques jusqu’aux points de stockage et/ou de vente et/ou de consommation du produit.
On rappellera que le transport sous température dirigée se fait également selon les deux techniques bien connues des groupes embarqués de froid mécanique ou de froid cryogénique.
Les technologies où le froid nécessaire au maintien en température des produits transportés est fourni par un groupe cryogénique fonctionnent en boucle ouverte et mettent en œuvre :
- une injection directe d’un fluide cryogénique dans la caisse de transport (très souvent de l’azote liquide) ;
ou
- une injection dite « indirecte » d’un fluide cryogénique dans la caisse de transport (très souvent de l’azote liquide), technique « indirecte » souvent appelée « CTI » qui met en œuvre un ou plusieurs échangeur(s) de chaleur dans l’enceinte interne où sont transportés les produits (on parle aussi de « chambre », de « boite », ou encore de « caisse » isotherme...), échangeur dans lequel circule le 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 (réservoir lui-même alimenté quand c’est nécessaire à partir d’un réservoir amont, fixe ou mobile mais en tout cas non attaché au véhicule).
Les ambiances maintenues à l’intérieur de la chambre froide peuvent être prévues tant pour des produits frais (typiquement une température voisine de 4°C) que pour des produits surgelés (typiquement une température voisine de -20°C).
Dans le cas des injections indirectes, la chaleur extraite de l’air permet, 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 est alors rejeté à l’extérieur après avoir céder un maximum d’énergie de refroidissement.
Le contrôle de procédé typiquement mis en œuvre dans de tels camions fonctionnant en injection directe ou indirecte est le plus souvent 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»).
Il faut par ailleurs savoir que dans certaines régions du globe, par exemple au moyen orient, les producteurs de fruits et légumes sont confrontés pendant certaines périodes de récoltes à des températures ambiantes extrêmement élevées, les camions vont alors de fermes en fermes, qui font ou ont fait la cueillette de leurs produits fragiles ou de valeur la veille ou le jour même, les produits sont alors chargés à une température ambiante élevée, même le matin, et dirigés vers des entrepôts pour le stockage avant de les mettre dans les circuits de distribution. Certains produits sont dirigés vers des sites de transformation alimentaire ou de mise sous température. Cependant, quel que soit le schéma logistique appliqué, on observe un délai important entre le moment de la récolte et la transformation ou la commercialisation. Ce délai associé à l’absence ou le manque du respect de la chaîne du froid, conduisent à des pertes colossales de produits (jusqu’à 30%) et/ou au mieux à une baisse de leur qualité et valeur nutritionnelle initiales car ils ont été exposés à des conditions climatiques extrêmes.
La présente invention s’attache alors à proposer une nouvelle prise en charge des produits alimentaires sur leur lieu de production, pour améliorer le maintien de la qualité de tels produits, tout en offrant des gains opérationnels. Et comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, dans l’état actuel de cette industrie, les maillons de la chaîne du froid sont séparés :
- entreposage après production ;
- transport vers le lieu de surgélation ;
- surgélation ;
- entreposage à nouveau à l’état surgelé ;
- transport à l’état surgelé vers un lieu de stockage ou encore un lieu de vente en équipement réfrigéré.
On propose alors selon la présente invention de réunir au sein d’un même équipement, en l’occurrence un véhicule, après récupération sur le lieu de production, les maillons de surgélation et de transport à l’état surgelé, offrant ainsi économie, haute qualité du produit et excellence opérationnelle en raison d'un circuit court par rapport au schéma conventionnel de production et de distribution.
Pour cela, la présente invention s’attache alors à proposer une combinaison très avantageuse des deux étapes de surgélation rapide et de transport frigorifique optimum “deux en un”, le tout en utilisant un véhicule (remorque) spécifiquement équipé par des moyens de stockage et de production du froid adaptés à chaque étape.
L’invention concerne alors un véhicule de transport frigorifique de produits, notamment de produits alimentaires, comprenant les parties suivantes :
- une première partie qui est située à l’avant du camion (i.e en étant solidaire de la remorque) et constituée d’un stockage cryogénique horizontal, qui peut être tout à fait “standard”, muni de ses propres moyens de rechargement. Ce stockage peut être d’azote liquide ou encore de CO2 liquide. Comme il apparaîtra clairement à l’homme du métier, sa capacité sera dimensionnée de sorte à avoir l’autonomie suffisante pour l’application ciblée.
- une seconde partie qui est accolée à la première, et qui est constituée d’un conteneur frigorifique, préférentiellement standard, équipé d’un groupe frigorifique de froid mécanique, et de moyens permettant de réaliser une injection directe du fluide cryogénique stocké dans la dite première partie dans l’espace interne du conteneur (espace / caisse interne apte à recevoir les produits convoyés) ;
- une troisième partie qui permet l’alimentation du conteneur frigorifique : a. en fluide cryogénique en provenance du stockage cryogénique situé à l’avant ;
b. et en électricité, produite via une génératrice, pour l’alimentation de ventilateurs « additionnels » installés dans des endroits appropriés de la caisse interne du conteneur.
On doit en effet considérer qu’un tel véhicule, équipé d’un groupe frigorifique de froid mécanique, est muni d’une ventilation associée à ce froid mécanique mais que cette ventilation est insuffisante pour gérer l’injection directe d’un cryogène dans la caisse : pour optimiser cette injection cryogénique directe, il va être nécessaire de ventiler massivement pour augmenter le coefficient d'échange thermique. La ventilation existante du froid mécanique, même si elle est actionnée, ne suffira pas. Il va donc falloir installer d'autres ventilateurs pour garantir un bon coefficient d'échange, le plus homogène possible.
On propose alors, pour faire fonctionner ces ventilateurs « additionnels » de produire de l'électricité moyennant un moteur thermique associé à une génératrice d'électricité (« groupe électrogène »).
On considère qu’en moyenne, pour adresser la majorité des cas pratiques, on mettra en place 6 à 10 ventilateurs additionnels, soit une puissance de 2 à 3kW.
Le fonctionnement du système proposé peut alors être résumé ainsi : il s’agit d’un système hybride de froid mécanique et froid cryogénique pour l’optimisation du procédé selon le mode d’opération suivant :
- durant une phase de refroidissement en descente rapide, par exemple pour faire descendre la température de la caisse à -20°C avant chargement, cette étape peut se faire au choix en utilisant le froid mécanique, s’il n’y a pas de contrainte opérationnelle de temps (puisque cette étape requiert en général environ 3 à 4 heures à température extérieure de +30°C), ou en utilisant le froid cryogénique qui permet une descente rapide de température, en général en moins d’une heure, mais au détriment d’une consommation de cryogène, d’azote liquide par exemple, qui peut atteindre plusieurs centaines de litres ;
- suit une phase de chargement des produits dans le camion, les produits, dans certaines régions du globe, peuvent entrer à une température ambiante allant de +20°C à +35°C ;
- suit alors une phase de surgélation des produits chargés, où l’on fonctionne exclusivement en froid cryogénique par injection directe du cryogène (par exemple de l’azote liquide ou du CO2 liquide se transformant en neige carbonique) dans l’espace interne du conteneur, et maintien de la température à une température adéquate (par exemple dans la gamme allant de -60°C à -100°C) le temps nécessaire à la surgélation de la charge à -20°C, on notera que cette étape peut se faire alors que le camion est en route ;
- après la fin du cycle de surgélation préférentiellement préprogrammé pour une durée donnée qui sera fonction de la nature des produits chargés et de leur température initiale, on procède à l’arrêt du système cryogénique et l’on assure le maintien de la température de consigne (par exemple -20C) par l’intervention du groupe mécanique;
- à la fin de la phase de transport, on procède au déchargement des produits sur le site qui les réceptionne (site de stockage, ou de consommation ou de vente).

Claims

REVENDICATIONS
1. Véhicule de transport frigorifique de produits, notamment de produits alimentaires, comprenant les parties suivantes :
- une première partie (2) qui est située à l’avant du camion, en étant solidaire de la remorque (1 ) du véhicule, et qui est constituée d’un stockage cryogénique horizontal ;
- une seconde partie (3) qui est accolée à la première, et qui est constituée d’un conteneur frigorifique, qui est équipé des moyens suivants :
- d’un groupe frigorifique de froid mécanique,
- de moyens permettant de réaliser une injection directe d’un fluide cryogénique dans l’espace interne du conteneur, espace interne apte à recevoir les produits convoyés,
- un ou des ventilateur(s) additionnel(s) interne(s) à l’espace interne du conteneur,
- une troisième partie qui est constituée de moyens permettant l’alimentation du conteneur frigorifique :
- en fluide cryogénique en provenance dudit stockage cryogénique, pour alimenter lesdits moyens d’injection directe ;
et en électricité, pour l’alimentation desdits ventilateurs additionnels, troisième partie qui comporte des moyens de génération d’électricité comportant un moteur thermique et une génératrice.
2. Procédé de transport frigorifique de produits, notamment de produits alimentaires, depuis leur lieu de production jusqu’à un point de stockage ou de consommation ou de vente, à l’aide d’un véhicule de transport frigorifique qui comprend un conteneur frigorifique et qui est muni d’un groupe frigorifique de froid mécanique, comprenant les étapes suivantes :
- préalablement au chargement des produits dans l’espace interne du conteneur, on procède à une phase de refroidissement en descente rapide de l’espace interne, ceci par la mise en œuvre de froid mécanique ou d’une injection directe d’un fluide cryogénique dans l’espace interne ; - on procède au chargement des produits dans l’espace interne du véhicule ;
se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes :
- on procède à une phase de surgélation des produits chargés, par la mise en œuvre d’une injection directe d’un fluide cryogénique dans l’espace interne, jusqu’à l’obtention d’une consigne de surgélation, par exemple - 20°C ;
- on procède à l’arrêt de l’injection directe d’un fluide cryogénique et l’on assure le maintien de la température de consigne par l’intervention du groupe de froid mécanique ;
- à la fin de la phase de transport, on procède au déchargement des produits ainsi surgelés chez ledit point de stockage ou de consommation ou de vente.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1084327A (fr) * 1953-06-29 1955-01-18 Groupe frigorigène autonome
WO2000036481A2 (fr) * 1998-12-18 2000-06-22 Thermo King Corporation Systeme de regulation de temperature
WO2016156707A1 (fr) * 2015-03-31 2016-10-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Systeme de production de froid a partir d'air comprimé

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