Brevet FR2621386A1 — publié le 19890407

i. 2621386 Procédé de génération d'un débit de gaz réfrigéré et son applica- tion pour le maintien et l'homogénéisation des températures dans les enceintes réfrigérées mobiles pour denrées alimentaires ou au- tres. La présente invention concerne la génération d'un débit de gaz ré- frigéré, et notamment d'air froid, à partir d'une masse d'une substance frigorigène à l'état solide sublimable ou liquide vapo- risable à une température inférieure à la température recherchée pour le gaz réfrigéré. Elle concerne plus spécialement l'applica- tion du procédé pour le maintien et l'homogénéisation des tempéra- tures dans les enceintes réfrigérées mobiles contenant des den- rees alimentaires ou autres à partir d'une masse de bioxyde de carbone sous forme solide, dite neige carbonique, et notamment la réfrigération des chariots embarqués à bord des avions, des trains ou analogues ou des conteneurs du même type destinés à renfermer des denrées alimentaires, en particulier les plats préparés desti- nés à être servis au cours du voyage ou après une certaine durée de conservation. A l'heure actuelle, soit les chariots sont maintenus dans des ré- serves climatisées et raccordés individuellement à une installa- tion frigorifique dont ils doivent être déconnectés pour la dis- tribution, soit ils comportent un compartiment destiné à recevoir une charge de matière frigorigène, blocs de glace ou de bioxyde de carbone solide, compartiment en contact d'échange thermique avec lequel l'air de l'enceinte réfrigérée circule par convection natu- relle. La première solution présente l'inconvénient de nécessiter une installation frigorifique et de climatisation et de comporter de nombreux branchements qui doivent être déconnectés avant de pou- voir déplacer les chariots. La deuxième solution ne présente pas ces inconvénients mais la répartition des puissances frigorifi- ques par la seule convection naturelle qui donne naissance à des courants gazeux descendants de faible intensité, conduit à des inégalités très fortes des températures régnant dans les différen- tes parties de l'enceinte réfrigérée avec des températures négati- ves au voisinage du compartiment à substance frigorigène, notam- ment lorsque cette dernière est du bioxyde de carbone solide qui, à la pression atmosphérique, se vaporise par sublimation à une température d'environ - 79'C. Une circulation forcée par ventila- teur nécessiterait un raccordement électrique du chariot ou conte- neur avec les inconvénients indiqués plus haut. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en créant dans l'enceinte réfrigérée, à partir d'une réserve de matière frigorigène se vaporisant en libérant dans ladite encein- te la puissance frigorifique de changement d'état, un débit forcé d'air réfrigéré qui peut être canalisé en vue de sa répartition dans les différentes parties de l'enceinte réfrigérée sans faire appel à une source motrice extérieure à l'enceinte réfrigérée pour assurer cette circulation forcée. Elle a également pour but d'as- surer une autorégulation du débit et de la température de l'air réfrigéré en fonction de la température ambiante de l'enceinte ré- frigérée. Ces résultats sont atteints, conformément à l'invention, par un procédé de génération d'un débit de gaz réfrigéré à partir d'une masse de matière frigorigène à l'état solide ou liquide dans le- quel on sublime ou vaporise dans une enceinte de vaporisation étanche ladite matière frigorigène et on utilise le débit gazeux sous pression ainsi produit comme flux d'entrainement d'un débit du gaz à réfrigérer. L'entrainement, par le débit gazeux sous pression, appelé ci-après débitmoteur, résultant de la sublimation ou vaporisation de la matière frigorigène, d'un débit beaucoup plus important de gaz à réfrigérer, en pratique l'atmosphère de l'enceinte réfrigérée, est assuré par un éjecteur à gaz de type Venturi. La substance frigorigène mise en oeuvre dans le procédé peut être toute substance à l'état solide ou liquide qui se sublime ou se vaporise à une température basse avec une grande capacité frigori- fique massique. En pratique il est préférable d'utiliser le bioxy- de de carbone déja utilisé dans de telles applications et qui est de ce fait disponible commercialement et d'une manipulation usuel- le. Le bioxyde de carbone ou neige carbonique se vaporise par su- blimation à -79'C à la pression atmosphérique avec dégagement d'u- ne puissance frigorifique de 177 Wh/kg (153 kcal/kg). On pourrait toutefois également utiliser dans le cadre de l'invention un gaz liquéfié tel que l'azote liquide ou l'air liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention, la sublimation ou vaporisation de la matière frigorigène est assurée par circula- tion en contact d'échange thermique avec la masse de cette matiè- re de l'air de l'enceinte à réfrigérer. Cette circulation est de préférence du type forcé dans un serpentin en contact avec la mas- se de matière frigorigène, la circulation forcée étant assurée par l'aspiration de l'éjecteur à gaz. Avec cette caractéristique, on obtient une autorégulation du fait que la masse de matière frigo- rigène vaporisée par unité de temps dépend à la fois de la tempé- rature de l'air de l'enceinte réfrigérée et de son débit aspiré par l'éjecteur, ce débit étant lui-même d'autant plus élevé que la température de l'enceinte réfrigérée est plus élevée. Il est de plus possible de contrôler la température du débit de gaz en sor- tie en réduisant, à une partie du débit d'air aspiré par l'éjec- teur, le débit de l'air de l'ambiance circulant en contact d'é- -2621386 change thermique avec la masse de matière frigorigène ou en limi- tant le débit du gaz d'entrainement à une fraction du volume de gaz vaporisé à partir de la substance frigorigène. Selon une autre caractéristique et pour augmenter le débit volumé- trique du débit moteur, donc du débit entraîné, on soumet le volu- me vaporisé à un réchauffement par mise en contact d'échange ther- mique avec l'air de l'enceinte réfrigérée avant son entrée dans l'éjecteur d'entraînement. Selon une autre caractéristique et pour augmenter le débit masse de l'air aspiré entrainé par l'éjecteur, on fait, dans un premier stade, circuler celui-ci en contact d'échange thermique avec la paroi de l'enceinte de vaporisation. Avec cette caractéristique, l'air de l'enceinte de vaporisation est séché par cryogénie avant son passage dans le serpentin de vaporisation de la matière frigo- rigène o l'humidité restante peut se déposer et un gaz parfaite- ment sec est admis dans l'éjecteur d'entrainement, ce qui évite le risque d'obturation de cet organe par des dépôts de glace. Selon une autre caractéristique de l'invention, le débit de gaz réfrigéré est canalisé pour être distribué par des buses de mélan- ge dans les différentes parties de l'enceinte à réfrigérer. L'installation de réfrigération pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention comporte essentiellemnt une enceinte de va- porisation fermée susceptible de recevoir une charge de matière frigorigène à l'état liquide ou solide et de supporter une pres- sion, un éjecteur du type Venturi assurant l'entrainement d'un dé- bit gazeux beaucoup plus important à partir d'un débit moteur de gaz sous pression et une canalisation reliant ladite enceinte de vaporisation fermée audit éjecteur pour alimenter à ce dernier les gaz dégagés dans l'enceinte par vaporisation ou sublimation de la matière frigorigène comme débit moteur de gaz sous pression. Selon une autre caractéristique l'enceinte de vaporisation fermée renferme une canalisation en contact d'échange thermique avec la masse de matière frigorigène, cette canalisation étant branchée entre l'atmosphère de l'enceinte réfrigérée et l'aspiration de l'éjecteur d'entrainement. Selon une autre caractéristique la canalisation reliant l'encein- te de vaporisation fermée à l'éjecteur comporte une partie for- mant échangeur thermique entre le gaz qui y circule et l'atmosphè- re de l'enceinte réfrigérée. J Selon une autre caractéristique, l'air de l'enceinte réfrigérée est canalisé entre ladite enceinte et l'entrée d'aspiration de l'éjecteur de manière à être en contact d'échange thermique avec la paroi de l'enceinte de vaporisation. Selon une autre caractéristique la sortie de l'éjecteur est bran- chée sur une gaine dont la longueur est développée dans l'encein- te réfrigérée, cette gaine comportant sur sa longueur des orifi- ces de sortie constitués par des buses pour répartir le débit de gaz réfrigéré dans le volume de ladite enceinte réfrigérée et as- surer le brassage de l'air de cette dernière par les jets de gaz sortant desdites buses. Selon une autre caractéristique une soupape tarée est prévue sur l'enceinte de vaporisation fermée, le tarage de la soupape corres- pondant à la pression limitant le débit de gaz d'entrainement à la valeur assurant l'apport de puissance frigorifique juste nécessai- re pour maintenir la température interne de l'enceinte réfrigérée à une valeur minimale préfixée. Cette soupape tarée assure égale- ment la sécurité contre une surpression accidentelle dans l'en- ceinte de vaporisation qui est la seule partie sous pression de l'installation. On peut également assurer le réglage du débit du gaz d'entraînement par une soupape thermostatique sensible à la température à l'intérieur de l'enceinte réfrigérée qui met l'en- ceinte de vaporisation fermée à l'échappement lorsque la tempéra- ture minimale de l'enceinte réfrigérée est atteinte. L'invention sera décrite plus en détail ci-après sous forme d'un exemple de réalisation illustratif avecréférence au dessin ci-an- nexé dans lequel: la Figure 1 est une vue en coupe schématique par I-I de fi- gure 2 d'un chariot réfrigéré comportant une installation conforme à l'invention et la Figure 2 en est une vue en coupe horizontale par II-II de figure 1. Dans les dessins, la référence 1 désigne d'une manière générale les parois isolantes du conteneur du chariot dans lequel sont ran- gés en pile verticale les plateaux repas. Dans le volume de ce conteneur et à sa partie supérieure est réalisé, par une paroi sé- paratrice 2, un compartiment séparé 3 dans lequel est logée l'en- ceinte de vaporisation fermée 4 constituée par un boitier avec couvercle de fermeture 5 étanche. Dans l'enceinte de vaporisation fermée 4 et audessus de son fond est disposé un serpentin 6 dont les longueurs de tube forment une grille sur laquelle sont placés les morceaux de bioxyde de carbo- ne solide 7. Le serpentin est branché entre une ouverture 8 débou- chant dans le compartiment 3 et l'aspiration d'un éjecteur venti- lateur 9 du type Venturi à effet Coanda qui refoule l'air, aspiré à travers le serpentin 6 depuis le compartiment 3, dans une gaine aboutissant à des buses 11 réparties dans l'ensemble du conte- neur. De l'enceinte de vaporisation fermée 4 part une canalisation 12 qui alimente, en passant par un serpentin 13 logé dans le compar- timent 3, l'éjecteur ventilateur 9 en gaz moteur sous pression. La référence 14 désigne une ouie par laquelle l'atmosphère du con- teneur est admise dans le compartiment 3. Les échanges frigorifiques se produisant dans l'enceinte réfrigé- rée décrite à titre d'exemple illustratif de l'invention et le fonctionnement de celle-ci, seront décrits ci-après. Les plateaux repas ou autres denrées à réfrigérer sont placés dans le chariot et des blocs de bioxyde de carbone solide 7 sont pla- cés dans l'enceinte de vaporisation 4 dont le couvercle 5 est re- fermé de façon étanche. Les blocs 7 se subliment par emprunt de calories à l'atmosphère de l'enceinte 4 en produisant du gaz car- bonique à une température de -79'C. La pression dans l'enceinte de vaporisation 4 s'établit pendant le fonctionnement à une valeur d'environ 1,5 à 2 bars (150 à 200 k Pa). Le C02 gazeux produit dans l'enceinte 4 s'échappe par la canalisation 12 et se réchauf- fe dans le serpentin 13 par emprunt de calories à l'air du conte- neur admis par l'ouie 14 dans le compartiment 3. Ceci augmente le débit volumétrique du gaz sublimé sous pression, gaz qui est uti- lisé comme gaz moteur dans l'éjecteur-ventilateur 9, en même temps que l'air du compartiment 3 subit un premier refroidissement. L'é- jecteur ventilateur 9 étant ainsi alimenté, il aspire par le ser- pentin 6 l'air du compartiment 3 pour le refouler dans la gaine 10 qui le répartit dans l'ensemble du conteneur par les buses 11. En circulant dans le serpentin 6, l'air aspiré dans le compartiment 3 fournit des calories aux blocs de bioxyde de carbone solide 7 dont la vitesse de sublimation, donc la libération de puissance frigo- rique est de ce fait fonction de la température de l'air aspiré dans le compartiment 3 et du débit assuré par l'éjecteur-ventila- teur 9, débit qui est également fonction de la vitesse de sublima- tion du bioxyde de carbone. L'air de l'extérieur du conteneur aspiré par l'ouie 14 se refroi- dit par échange sur le serpentin 13 puis par échange avec l'en- ceinte 4 en circulant dans le compartiment 3 au contact des pa- rois de celle-ci. Il abandonne, suite à ces deux échanges, la ma- jeure partie de son humidité sous forme d'une condensation qui se transforme en givre. L'air se refroidit encore plus en circulant dans le serpentin 6 puis se mélange avec le gaz carbonique subli- nié et 'réchauffé dans le serpentin 13 pour donner un mélange dont le volume correspond à 6 à 12 le volume gazeux résultant de la su- blimation des blocs 7, sous une pression de 200 Pa et à une tempé- rature de seulement quelques degrés en dessous de zéro. Ce volume gazeux projeté par les buses 11 assure un entraînement complémen- taire intense de l'air ambiant du conteneur, ce qui permet d'at- teindre dans ce dernier une répartition absolument homogène des températures qui varient de + 'C autour de la température moyen- ne. Pour régler automatiquement la température moyenne, on peut pré- voir sur l'enceinte 4 une soupape tarée, non représentée, qui as- sure dans cette enceinte une pression constante donc un débit constant du débit-moteur alimentant l'éjecteur-ventilateur 9 et par conséquent du débit entraîné ou une soupape thermostatique sensible à la température qui permet l'échappement direct des gaz de sublimation dans l'enceinte du conteneur lorsque la températu- re moyenne tombe au-dessous de la valeur de réglage, échappement direct qui, à nouveau, réduit le débit de l'éjecteur-ventilateur 9 donc le débit d'air dans le serpentin 6 et la vitesse de sublima- tion des blocs 7. Revendications 1. Un procédé de génération d'un débit de gaz réfrigéré à partir d'une masse de matière frigorigène à l'état solide ou liquide, caractérisé en ce qu'on sublime ou vaporise dans une enceinte de vaporisation étanche (4) ladite maLière frigorigène (7) et on uti- lise le débit gazeux sous pression ainsi produit comme flux d'en- trainement (9) d'un débiL du gaz à réfrigérer. 2. Un procédé selon la revendication.1, caractérisé en ce que l'entrainement, par le débit gazeux sous pression (12) résultant de la sublimation ou vaporisation de la matière frigorigène (7), d'un débit beaucoup plus important (6) de gaz à réfrigérer, en pratique l'atmosphère de l'enceinte réfrigé- rée, est assuré par un éjecteur à gaz (9) de type Venturi. 3. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la sublimation ou vaporisation de la matiè- re frigorigène (7) est assurée par circulation (6) en contact d'é- change thermique avec la masse (7) de cette matière de l'air de l'enceinte à réfrigérer. 4. Un procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la circulation est du type forcé dans un serpentin (6) en contact avec la masse (7) de matière frigorigène, la circulation forcée étant assurée par l'aspiration de l'éjec- teur à gaz (9). 5. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on contrôle la température du débit de gaz (10) en sortie en réduisarntL, à une partie du débit d'air aspiré par l'éjecteur (9), le débit de l'air de l'ambiance circulant en contact d'échange thermique (6) avec la masse (7) de matière fri- gorigène. 6. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on contrôle la température du débit de gaz (10) en sortie en limitant le débit du gaz d'entraînement à une fraction du volume de gaz vaporisé à partir de la substance frigo- rigène (7). 7. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour augmenter le débit volumétrique du dé- bit moteur, donc du débit entraîné, on soumet le volume vaporisé à un réchauffement par mise en contact d'échange thermique (13) avec l'air de l'enceinte réfrigérée avant son entrée dans l'éjecteur d'entrainement (9). 8. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour augmenter le débit masse de l'air as- piré entrainé par l'éjecteur (9), on fait, dans un premier stade, circuler celui-ci en contact d'échange thermique avec la paroi de l'enceinte (4) de vaporisation. 9. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le débit de gaz réfrigéré est canalisé (10) pour être distribué par des buses de mélange (11) dans les diffé- rentes parties de l'enceinte à réfrigérer. 10. Une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'u- ne quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte essentiellemnt une enceinte de vaporisation fermée (4) susceptible de recevoir une charge (7) de matière frigorigène à l'étLaL liquide ou solide et de supporter une pression, un éjecteur (9) du type Venturi assurant l'entraine- ment d'un débit gazeux beaucoup plus important à partir d'un dé- bit moteur de gaz sous pression et une canalisation reliant (12) ladite enceinte de vaporisation fermée (4) audit éjecteur (9) pour alimenter à ce dernier -les gaz dégagés dans l'enceinte par vapori- sation ou sublimation de la matière frigorigène comme débit mo- teur de gaz sous pression. 11. Une installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'enceinte de vaporisation fermée (4) ren- ferme une canalisation (6) en contact d'échange thermique avec la -20 masse (7) de matière frigorigène, cette canalisation étant bran- chée entre l'atmosphère de l'enceinte réfrigérée et l'aspiration de l'éjecteur d'entrainement. 12. Une installation selon l'une quelconque des revendications 10 11, caractérisée en ce que la canalisation (12) reliant l'enceinte de vaporisation fermée (4) à l'éjecteur (9) comporte une partie (13) formant échangeur thermique entre le gaz qui y circule et et l'at- mosphère de l'enceinte réfrigérée. 13. Une installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que l'air de l'enceinte réfrigérée (14) est ca- nalisé entre ladite enceinte et l'entrée d'aspiration (8) de l'é- jecteur (9) de manière à être en contact d'échange thermique avec la paroi de l'enceinte de vaporisation (4). 14. Une installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que la sortie de l'éjecteur (9) est branchée sur une gaine (10) dont la longueur est développée dans l'encein- te réfrigérée, cette gaine comportant sur sa longueur des orifi- ces de sortie constitués par des buses (11) pour répartir le dé- bit de gaz réfrigéré dans le volume de ladite enceinte réfrigérée et assurer le brassage de l'air de cette dernière par les jets de gaz sortant desdites buses. 15. Une installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisée en ce qu'une soupape tarée est prévue sur l'enceinte de vaporisation fermée (4). 16. Une installation selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisée en ce qu'une soupape thermostatique sensible à la température de l'enceinte réfrigérée s'ouvrant lorsque la tempéra- ture minimale est atteinte dans cette enceinte, est prévue sur l'enceinte de vaporisation fermée (4).