FR3058206B1 - Echangeur air/neige carbonique et procede de regulation d'un tel echangeur - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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 »).

Les professionnels de ce secteur parlent également d’un fonctionnement en pleine charge (phase 1) ou à charge partielle (phase 2).

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.

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.

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.

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.

La figure 1 annexée illustre un mode de réalisation de l’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.

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.

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.

La figure 2 annexée illustre un exemple de logigramme de fonctionnement :

Pvolet = position du volet (0% = totalement fermé; 100 % = totalement ouvert) δχ = incrément de déplacement du volet

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)

Porte = Contact d’ouverture de porte(s) (0 = fermée(s) ; 1 = Ouverte(s))

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (3)

1. Revendications
2. 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.
3. 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.