Brevet FR2010883A1 — publié le 19700220

La présente invention est relative à une installation ou un agencement pour diriger un courant de gaz à l'intérieur d'une enceinte close, en vue de l'obtention d'un échange thermique entre le gaz et un chargement empilé dans l'enceinte. Des installations ou agencements de ce genre sont nécessaires, en particulier, pour le stockage et le transport des marchandises devant être maintenues longtemps froides ou ehaudes pour un motif quelconque. Le cas le plus fréquent est le maintien à basse température de denrées pdrissables, notamment de produits alimentaires, au cours de leur transport et de leur stockage. Pour conserver le chargement en état de fraîcheurs il fout obtenir le plus souvent une température constante voisine de 0 C, afin que le chargement ne puisse nt s'chauffer ni se congeler.Pour cette raison, les écarts de température ne doivent géndralement pas dépasser + 0,5 0C dans toutes les parties du chargement, ce qui ne peut pas être réalisé avec des appareils et installations ordinaires, si ce n'est moyennant une mauvaise utilisation de la place et un réglage manuel permanent. L'un des problème les plus difficiles se posant au constructeur d'échangeurs thermiques de ce genre est de repartir et d'évacuer la chaleur correctement et surtout uniformément. Etant donné que la marchandise est empilée dans l'enceinte close de manière que la capacité disponible soit utilisée au mieux, il ne reste que peu de place pour la circulation du gaz servant de fluide dtéchan ge thermique. Dans une installation connue, qui a été mise au point par le même Demandeur et est décrite et représentée dans l'ouvrage wHandbuch der Kältechnik", édité par R. Plank, Karisrune (tome Il page 477), le gaz peut à la fois lécher les faces externes du chargement empilé et traverser celui-ci à différentes hauteurs. Toutefois, cette installation ne permet pas d'obtenir une répartition et une dvacuation uniformes de la chaleur et ne tient pas compte du fait essentiel que le chargement est tantôt perméable et tantôt imperméable au gaz, alors qu'il faut assurer dans les deux cas une répartition uniforme du gaz. De nombreux produits, par exemple les denrées alimentaires, sont expédiésPet stockés dans des caisses ou autres emballages empilables, entre lesquels une circulation de gaz est possible en principe. On ne pouvait cependant pas jusqu'à présent faire cir culer uniformément un volume important de gaz refroidissant à travers le chargement, car on sait par expérience que le gaz choi sit le parcours de moindre résistance et passe de préférence dans les intervalles les plus larges subsistant entre le chargement et ltenceinte de ockage. Dans les installations connues, la fraction de gaz traversant le chargement lui-meme est donc beaucoup trop faible, si bien que les parties du chargement se trouvant à l'in térieur sont moins bien refroidies que celles se trouvant sur les bords. L'installation faisant l'objet de l'invention assure une répartition parfaitement uniforme de gaz, que le chargement soit ou non perméable au gaz. Elle est caractérisée en ce que, sur chacun de deux côtés pratiqument opposés l'un à l'autre du char gement, se trouve une paire de buses comprenant une buse *'admis- sion et une buse d'échappement, dont l'une, voisine de la partie du chargement une section d'écoulement plus grande et du côté supérieure du chargement, possède d'un coté/ opposé au chargement une section d'écoulement plus petite que la buse correspondante de la même paire voisine de la partie inférieure du chargement, l'en semble étant disposé de telle manière que le gaz arrivant par la buse d'admission la plus grosse se fraye en partie un chemin à travers la buse d'échappement la plus grosse diagonalement opposée lorsque le chargement est perméable au gaz et est ainsi forcé de circuler partiellement à travers le chargement. Dans une forme de réalisation préférée, le chargement repose sur un fond intermédiaire et un couvercle intermédiaire ebt as sujetti au-dessus du chargement, cependant que sur l'une des faces frontale, du chargement est disposé un échangeur thermique, par exemple une source de froid, ainsi qu'au moins un ventilateur servant à la circulation forcée du gaz, les buses précitées étant ins tallées le long des grands cotés du chargement, de telle façon que le gaz sortant du ventilateur s'écoule d'abord dans l'espace si tué au-dessus du couvercle intermédiaire, où il se répartit des deux COAtéS, pour revenir au ventilateur au-dessous du fond inter médiaire en passant sur l'échangeur thermIque. Un exemple de réalisation de l'objet de l'invention est représente avec quelques variantes d'exécution aux dessins anne xés dans lesquels la Fig. 1 est une coupe ;verticale simplifiée d'un conteneur réfrigérant transportable avec circulation forcée du gaz à tra vers un chargement perméable au gaz ; ia Fig. 2 en est une coupe horizontale suivant le plan II-II de la Fig. I ; la Fig. 3 est une coupe verticale suivant le pla.III-III de la Fig.I ; la Fig. 4 représente en coupe verticale le même~cqnteneur avec circulation du gaz à travers un chargement perméable au gaz la Fig. 5 est une coupe suivant le plan V-V de la Fig. 4 la Fig. 6 montre schématiquement la circulation du gaz pour un chargement perméable au gaz ; la Fig. 7 montre schématiquement la circulation du gaz pour un chargement imperméable au gaz ; les Fig. 8 à I2 représentent des détails de construction ; la Fig. I3 est une vue simplifiée de l'ensemble de l'installation ; la Fig. I4 montre schématiquement une autre variante d'exécution. Le dessin représente schématiquement un conteneur réfrigérant transportable, désigné par 1 dans son ensemble , de forme générale parallèlépipédique et destiné au transport de denrées périssables par camions, bateaux, wagons de chemins de fer, ou autres véhicules. De tels conteneurs sont connus et utilisés de plus en plus pour les expéditions en raison de leur mobilité. Le conteneur représenté comporte deux parois latérales 2, 3, un fond 4 et un couvercle 5. Au-dessous de ce dernier se trouve un couvercle intermédiaire 6, qui s'étend parallèlement au couvercle 5 du récipient, à une certaine distance de celui-ci, sur presque toute la largeur et la longueur du récipient. Les arêtes longitudinales du couvercle intermédiaire sont repliées vers le bas pour former des arrondis 8a, 8b favorisant l'écoulement du gaz ; entre le couvercle intermédiaire 6 et chacune des parois latérales voisines 2, 3 est ménagé un passage ou un interstice longitudinal 9a, 9b (voir également les Fig. 8 à 11). Les arêtes inférieures orientées vers le bas du couvercle intermédiaire 6 constituent des buses 10 a et 10 b, qui limitent latéralement et retrécissent la section d'écoulement entre les arêtes longitudinales du couvercle intermédiaire et les parois internes du conteneur 1. Comme le montre la Fig. 1, l'interstice de gauche 9a est notablement plus petit que l'interstice de droite 9b. Un interstice pour l'écoulement du gaz~est ménagé pareillement entre le petit côté du couvercle intermédiaire 6 et chaque paroi frontale du conteneur (Fig. 3). Au-dessus du fond 4 du conteneur se trouve un fond intermédiaire 11, reposant sur le fond 4 par des appuis 12 et portant l'ensemble du chargement 13. De manière analogue au couvercle intermédiaire 6, le fond intermédiaire est muni, sur ses arêtes longitudinales, de buses 14a, 14 b, orientées longitudinalement, qui retrécissent et limitent latéralement la section d'écoulement pour ne laisser subsister de chaque côté qu'un interstice ou passage 15a, 15b. A l'inverse des interstices de buses 9a, 9b de la partie supérieure du conteneur, l'interstice inférieur de gauche 15at est plus grand que l'interstice de droite 15b. Les supports 7 et appuis 12 ne sont pas continus, mais forment des appuis individuels, qui ne gênent pratiquement pas la circulation du gaz et peuvent d'ailleurs, si nécessaire, présenter un profil aérodynamique. Dans l'exemple des Fig. 1 à 3, le chargement 13 est constitué par des caisses 16, empilées l'une sur l'autre et laissant subsister entre elles des intervalles horizontaux 17. Les caisses 16 sont rempilées jusqu'à un niveau compatible avec la hauteur du couvercle intermédiaire 6. Le chargement s'étend, d'autre part, jusqu'au voisinage immédiat des parois latérales 2 et 3 (Fig. 2) du récipient, avec lesquelles il ne peut cependant pas venir en contact direct, grâce à la présence de nervures verticales 18. Entre le chargement et les parois latérales du récipent, il subsiste par conséquent encore un intervalle, interrompu par les nervures et permettant au gaz de circuler verticalement. Sur chacune de ses faces frontales, le conteneur 1 comporte une paroi latérale 19, 20. Le chargement 1 délimite avec la paroi 19 un intervalle 21 autorisant une circulation verticille du gaz. Sur la paroi frontale 20 se trouve une source de froid 22, dans le cas présent un serpentin tubulaire parcouru par un fluide réfrigérant, aubdessus de laquelle est disposé un groupe de ventilateurs 23. Comme le montre la Fig. 1, les quatre ventilateurs sont -orientés de manière à aspirer par en bas le gaz, par exemple l'air, et à le rèfouler vers le haut au moyen de répartiteurs appropriés 24. Sur la face du chargement 1 tournée vers la paroi frontale 20 est assujetti un écran 25, qui s'détend sur toute la hauteur du chargement et empêche l'air venant des ventilateurs de pénétrer directement à l'intérieur du chargement Au centre du couvercle intermédiaire 6 (Fig. 1) est suspendu un organe d'arret 26, dont la portion inférieure repose sur le chargement, ce qui interdit pratiquement tout écoulement transversal du gaz au-dessus du chargement. L'organe d'arrêt 26 peut être constitué, comme représenté au dessin, par une simple bâche pendant librement vers le bas. En principe, on pourrait aussi bien prévoir à cet effet un volet métallique, sollicité par un ressort tendant à le repousser en permanence contre le chargement.On pourrait envisager également l'emploi d'un tuyau gonflable et déformable élastiquement. Comme le montre la Fig. 2, il est prévu un organe d'arrêt analogue 27 entre la paroi frontale 19 et la face adjacente du chargement. Cet organe peut être constitué comme le précddent par un volet sollicité par un ressort, un tuyau souple, ou tout autre dispositif quelconque élastiquement déformable. Le fonctionnement de l'ensemble sus-décrit est le suivant Ltair aspiré par les ventilateurs 23 (Fig. 3) à travers le serpentin réfrigérant 22, parvient en direction des flèches dans l'intervalle supérieur compris entre le couvercle 5 du et le couvercle conteneur /intermédiaire 6. Comme le montre la Fig. 3, cet intervalle communique à son tour avec les ouies d'aspiration des ventilateurs de sorte que l'air en est aspiré vers le bas. Dans le cas où le chargement est perméable au gaz (Fig. 1 à 3)s une grande partie du gaz suait le parcours de moindre résistance à l'écoulement à travers les deux gros interstices ou passages 9b et 15a diagonalement décalées l'un par rapport à l'autre.Une grande partie du gaz est ainsi mise en circulation forcée à travers le chargement (voir les flèches de la Fig. 1), tandis qu'une fraction plus petite du volume d'air global circule à l'extérieur autour du chargement. Par un choix judicieux de la dimension des buses ou des sections d'écoulement, on peut obtenir la répartit tion la plus efficace du gaz à l'intérieur et à l'extérieur du chargement. Le gaz léchant le chargement absorbe de la chialeur, retourne au serpentin réfrigérant 22 en passant au-dessous du fond intermédiaire Il et est remis en circulation par les ventilateurs. Si le chargement est-pratiquement imperméable au gazi la circulation a lieu conformément aux Fig. 4 et 5. Le courant de gaz refoulé vers le haut en direction des flèches par les ventilateurs 23 (Fig. 5) pénètre d'abord comme précédemment dans l'intervalle situé au-dessus du couvercle intermédiaire 6, d'où il se répartit et s'écoule vers le bas le long des parois latérales 2 et 3 (Fig. 4) ainsi que de la paroi frontale 19 (Fig. 5). Le retour du gaz s'effectue pareillement au-dessous du fond intermédiaire 11 (Fig. 5). Pendant son passage vertical à travers les intervalles longitudinaux 28 et 29 (Fig.4) le gaz se comporte autrement que dans le cas précédents en raison de l'imperméa bilié au gaz du ehargement. Du fait que la voie à travers le chargement est barrée, la totalité du courant de gaz doit s1écouler autour du chargement du ctd gauche de la Fig. 4, le gaz traverse d'abord 1 t interstice supérieur le plus petit 9a puis l'interstice inférieur le plus grand 15a, tandis que, du- OOAté opposé, le gaz passe d'abord à travers l'interstice le plus grand 9b, puis à travers l'interstice le plus petit l5b. il y a lieu de signaler que le gaz rencontre des deux côtés une résistance à l'écoulement pratiquement égale, de sorte qu'il se répartit uniformément sur les deux cô- tés du chargement, dont il assure le refroidissement uniforme. Le passage du parcours de gaz décrit en premier lieu pour un chargement perméable au gaz au- passage décrit en dernier lieu pour un chargement imperméable au gaz s'effectue par conséquent de façon automatique, c'est à dire sans aucune intervention quelconque du personnel. Les sections d'écoulement des buses sont réglées une fois pour toutes sur la valeur optimale recherchée et ne nécessitent aucun autré règlage ou surveillance ultérieurs. Le parcours du gaz est représente schématiquement aux Fig. 6 et 7. Le courant dtair ascendant 30 venant du ventilateur 23 et s'étendant évidemment en réalité sur toute la largeur de la paroi, parvient conformément à la Fig. 6, c'est à dire dans le cas d'un chargement perméable au gaz, dans l'intervalle se trouvant au-dessus du couvercle intermédiaire où il se répartit des deux côtés. En raison de la disposition sus-décrite-des buses de section différente, une grande partie du courant de gaz se -fraye un chemin 31 à travers les deux buses diagonalement opposée de plus grande section, tandis que deux courants partiels plus petit 32 et 33 circulent autour des portions restantes des parois lon gitudinales du chargement, Tous les courants partiels, y compris le courant partiel 34 léchant la face arrière du chargement, reviennent au ventilateur 23 en passant sous le fond intermédiai re. La Fig. 7 montre qu'un chargement perméable au gaz est lé ché uniformément de toutes parts. I1 va de soi que les divers courants de gaz n' existent pas seulement aux emplacements indiqués par des flèches, mais s'étendent chacun sur toute la face exter ne correspondante du chargement. Dans une forme de réalisation, les buses 10a,10b, et 14a, 14b constituent des rétrécissements de section semblables à des lu mières et peuvent être exécutées de diverses manières. Quelques exemples de réalisation sont représentés schématiquement aux Fig. 8 d 12. La Fig. 8 montre la forme de buse la plus simple, dans la quelle le couvercle intermédiaire 6 ne laisse subsister qu'une fente latérale 9b s'étendant sur le grand côté du chargement et légèrement au-dessous de laquelle se terminent les nervures 18. La forme de réalisation selon la Fig. 9 correspond à la Fig. 1 et l'écoulement du gaz est favorisé par la forme arrondie donnée aux bords latéraux du couvercle intermédiaire. Conformément à la Fig. 10, les nervures se prolongent jusqu'au couvercle 4 du récipient, tandis que le bord replié vers le bas du couvercle intermédiairé 6 comporte des découpes et que les pattes 34 ainsi formées peuvent être enfoncées dans les intervalles entre les nervures 18. La section de passage des buses peut être ainsi réglée à volonté une fois pour toutes au moment de la mise en service de l'installation. Une autre variante est représentée aux Fig. 11 et 12. Les 18 se terminent dans ce cas au-dessus du couvercle hervures/intermédiaire 6 et au-dessous de la buse 35. Celle-ci est constituée elle-même par une bande métallique longitudinale, subdivisée en des pattes 37 par des découpes 36. Les pattes 37 peuvent être repliées et amenées à la position désirée (Fig.ll). Chacune des buses lOa, lOb, 14a, 14b peut être exécutée sous la forme d'une fente continue de largeur constante, ou être subdivisée en plusieurs buses adjacentes. Dans l'exemple repré senté à la Fig. 2, les sections de passage des buses inférieures croissent progressivement, les sections les plus petites se trouvant du côté des ventilateurs. Cet échelonnement des sections de buses donne l'assurance que le gaz en circulation ne peut pas être réaspiré prématurément par les ventilateurs du fait que les résistances à l'écoulement les plus grandes se trouvent au voisinage des ventilateurs, il est certain que le gaz en circulation peut se répartir de façon à peu près uniforme sur toutes les buses d'échappement existantes. Les buses supérieures peuvent posséder également une section progressivement croissante. En raison de la perte de charge qui se produit, il peut être avantageux de conférer aux buses supérieures lOa et lOb une section croissant progressivement les buses de plus petite section étant Pour les buses supérieures, il y a lieu toutefois de tenir compte de ce que la conversion de la pression dynamique en pression statique peut entraSner une inversion des conditions d'écoulement, en particulier si l'intervalle situé au-dessus du couvercle intermédiaire a une faible hauteur.Lorsqu'il règne une pression dynamique relativement élevée au voisinage des ventila- teurs et une pression statique relativement élevée du côté opposé, les buses supérieures sont exécutées avec une section décroissante à partir des ventilateurs, comme l'ontconfirmé des expériences, de façon que les sections de buses les plus grandes se trouvent au voisinage des ventilateurs. Pour éviter toute équivoque, il y a lieu de souligner que le terme "buse" utilisé dans la description et les revendications comprend toutes ouvertures limitant ou rétrécissant la section d'écoulement et qu'une telle buse peut être aussi bien constituée comme le montre la Fig. 8 par l'une des arêtes longitudinales du couvercle intermédiaire et la paroi voisine du conteneur. L'exemple de réalisation décrit concerne un conteneur réfrigérant transportable, auquel l'agencement conforme à l'invention peut être appliqué avec de gros avantages. Ceci n'exclut cependant pas les possibilités d'application de cet agencement à des conteneurs stationnaires, des entrepôts, etc. La source de froid peut être remplacée d'tailleurs par une source de chaleur, dans le cas où les produits stockés doivent être réchauffés ou maintenus en température par le gaz en circulation. Dans la plupart des cas, l'air représente le fluide le mieux approprié pour l'échange thermique. I1 peut arriver cependant que d'autres gaz offrent des avantages, par exemple l'azote. On peut évidemment introduire dans le conteneur des gaz liquéfiés, qui s'y vaporisent et servent de fluides échangeurs de chaleur. La direction d'écoulement représentée au dessin peut être également inversée. La Fig. 13 montre l'ensemble du conteneur réfrigérant avec l'appareillage nécessaire. L'agencement suivant l'invention assure un refroidissement efficace de la marchandise qu'elle soit ou non perméable au gaz, sans aucun ajustage particulier des sections de buses ou des dé- bits de refoulement des ventilateurs lors du passage d'un char- gement perméable au gaz a' un chargement imperméable (ou viceversa. Ainsi que l'ont confirme' des expériences, la température du chargement est uniforme et peut entre maintenue sans difficul- té aux alentours de O'C. La place disponible peut être utilisée entièrement pour le chargement. Une autre variante est représentée schématiquement à la Fig. 14. Le long des quatre arêtes longitudinales internes du conteneur parallèlépipédique sont disposés des canaux de circulation de gaz 38, 39, 40 et 41. Sur l'une des faces frontales du conteneur, ces canaux sont raccordés à un ou plusieurs ventilateurs destinés à faire circuler le gaz. Le gaz admis par les canaux supérieurs 38 et 40 s'échappe des buses supérieures 42, 43,traverse et lèche le chargement, puis pénètre par les buses inférieures 44 et 45 dans les canaux inférieurs 39 et 41. Les buses diagonalement opposées 42 et 45 possèdent comme précédemment une section de passage inférieure à celle des buses 43 et 44. Si le chargement est perméable au gaz, le gaz sortant de la plus grosse buse 43 s'écoule en majorité dans le canal 39 après avoir traversé le chargement (voir les flèches horizontales), cependant qu'une plus petite fraetlon du gaz s'écoule verticalement vers le bas dans le canal 41. Les canaux 39 et 419 reliés à l'ouie d'aspiration du ventilateur, ramènent le gaz à travers un serpentin réfrigérant au ventilateur, qui l'amène de nouveau aux canaux supérieurs 38 et 40. Dans le cas où le chargement est imperméable, il est léché par le gaz des deux côtés (voir les flèches verticales). Dans les divers exemples l'enceinte 1 peut être pourvue d'une porte. REVENDICATIONS 1 installation pour diriger un courant de gaz à l'intérieur dtune enceinte close en vue de l'obtention d'un échange thermique entre ce gaz et un chargement empilé dans l'enceinte caractérisé en ce que, sur chacun des deux côtés pratiquement psss l'un à l'autre du chargement (13) se trouve une paire de buses (10a,14a et 10b,14b) comprenant une buse d'admission (10a, 10b) et une buse d'échappement (14a, 14b) dont l'une (10b, 10a) voisine de la partie supérieure du chargement, possède d'un côté du chargement un section (9b) d'écoulement plus grande et du côté oppose du chargement une section d'écoulement (9a) plus petite que la buse correspondante de la même paire voisine de la partie inférieur du chargement, l'ensemble étant disposé de telle manière que le gaz arrivant par la buse d'admission la plus grosse (lob) se fraye en partie un chemin à travers la plus grosse buse d'échappement diagonalement opposée (14a) lorsque le chargement est perméable au gaz, et est ainsi forcé de circuler partiellement à travers le chargement (13). 2. installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le chargement (13) repose sur un fond intermédiaire (il) et qu'un couvercle intermédiaire (6) est assujetti au-dessus du chargement, cependant que sur l'une des faces frontales du chargementest disposé un échangeur thermique par exemple une source de froid (22), ainsi qu'au moins un ventilateur (23) servant à la circulation forcée du gaz, les buse(10a, 10b, 14a, 14b) étant installées le long des grands côtés du chargement de telle fa çon que le gaz sortant du ventilateur (23) s'écoule d'abord dans l'espace situé au-dessus du couvercle intermédiaire (6) où il se répertit des deux côtés, pour revenir au ventilateur (23) audessous du fond intermédiaire et en passant sur l'échangeur thermique (22) 3.Installation suivent la revendication 2, caractérisée en ce que des nervures verticales 118), écartées l'une de l'autre, sont disposées sur les deux faces longitudinales de l'enceinte, les intervalles, entre nervures constituent des passages pour la circulation du gaz. 4. installation suivant la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que les orifices d'écoulement orièntés le long des faces longitudinales du chargement (9a, 9b, 15a, 15b) sont constitués chacun par une lumière ininterrompue, s'étendant sur toute la longueur des faces longitudinales précitées. 5. Installation suivant la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que sur chacune des faces longitudinales du chargement est disposé un groupe de buses supérieur et un groupe de buses inférieur, formés chacun de plusieurs buses adjacentes, les diverses buses de chaque groupe possédant des sections de passage différentes en vue de l'obtention d'une répartition uniforme du gaz (Fig. 2). 6. Installation suivant l'une quelconque des revendiwationS2 à 5 caractérisée en ce qu'entre le couvercle intermédiaire (6) et la face supérieure du chargement (13) est disposé un organe d'arrêt (26), s'étendant en direction du courant longitudinal supérieur et empêchant la circulation transversale du gaz. 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'entre la paroi frontale (19) de l'en- ceinte opposée au ventilateur (23) et la face voisine du chargement (13) est installé un organe d'arrêt (27), s1 étendant en direction verticale à peu près au milieu de la paroi frontale précitée (19) et empêchant le gaz de circuler transversalement. 8. Installation selon lsPrevendication 6 ou 7, caractérisée en ce que l'organe d'arrêt (26, 27) est un volet sollicité par un ressort. 9. Installation suivant la. revendication 5 ou 7, carac tdrisée en ce que l'organe d'arrêt (26, 27) est un tuyau susceptible de prêter élastiquement. IO. Installation suivant l'une quelconque des revendications précitées,caractérisée en ce que les buses (10a, lOb, 14a, 14b-) sont réglables en ce qui concerne leur section de passage libre (9a, 9b, 15a, 15b). 11. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, dans la partie supérieure et la partie inférieure de l'enceinte, se trouvent deux canaux de circulation de gaz(38 à 4I), qui flanquent le chargement (13) et sont munis des buses précitées (42 à 45), chacune des paires de canaux disposées à la Sse hauteur (38, 40) étant reliée à l'ouie de refoulement et l'autre paire de canaux (39, 4I) à l'ouie d'aspiration d'un ventilateur.