Brevet FR2837563A1 — publié le 20030926

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de conduite d'un tunnel cryogénique, tunnel du genre dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler, équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que de moyens d'extraction à débit variable des gaz froids résultant de la vaporisation du fluide dans le tunnel. Un tunnel cryogénique est un système ouvert dans lequel circulent des produits à refroidir ou à surgeler, par injection en général d'azote liquide ou de tout autre fluide cryogénique qui après vaporisation doit être évacué du système sous forme gazeuse. Le tunnel possède une ouverture pour l'entrée et une ouverture pour la sortie des produits. Le liquide cryogénique entre dans le tunnel par une ou plusieurs tuyauteries. Une ou plusieurs ouvertures supplémentaires sont généralement dédiées à 1'extraction des gaz froids résultant de la vaporisation du fluide dans le tunnel ce qui suppose donc une aspiration et le rejet des gaz contenant une forte proportion d'azote en plein air. Dans un fonctionnement idéal, les flux de gaz devraient être équilibrés comme suit: - Débit d'extraction = Débit d'azote gazeux généré par l'injection d'azote liquide. - Coté sortie des produits: débit d'entrée d'air nul et débit de sortie de gaz également nul. - Coté entrée des produits: idem i.e débit d'entrée d'air et débit de sortie degaz nuis. En pratique, il est quasiment impossible d'obtenir un tel fonctionnement idéal et en particulier, il est très difficile de contrôler de manière constante les deux aspects suivants: - L'adaptation du débit d'extraction au volume d'azote gazeux généré: en pratique la quantité d'azote injectée dans le tunnel est variable et l'extraction peut alors difficilement suivre le besoin. - L'équilibre des gaz entre la sortie et l'entrée du tunnel: dans le cas o le débit d'extraction est correctement adapté, un tunnel peut être en légère aspiration coté sortie des produits et en léger refoulement coté entrée des 3 5 produits alors qu'un moment plus tard, la situation peut s'être inversée. Différentes approches ont alors été proposées pour apporter une solutions aux problèmes listés ci-dessus. Dans le cas le plus fréquent, pour éviter les sorties de gaz (donc les fuites d'azote dans le local de production), on pratique une . Pour cela on utilise typiquement une extraction à débit fixe calculé avec une importante marge de sécurité sur le besoin maximum du tunnel, avec des hottes d'aspiration situées en entrée et en sortie de tunnel. Dans un tel cas, on observe les caractéristiques suivantes: - le débit d'extraction est largement supérieur au débit d'azote 0 gazeux généré par l'injection d'azote liquide. - Coté sortie des produits: le débit d'entrée d'air est largement supérieur à 0 tandis que le débit de sortie de gaz est presque nul. - Coté entrée des produits: idem i.e un débit d'entrée d'air largement supérieur à 0 tandis que le débit de sortie de gaz est presque nul. On comprend alors que l'avantage de cette solution technique est que le risque d'anoxie (fuites d'azote cumulées dans le local de production entranant une chute du taux d'oxygène dans la pièce) est faible au démarrage du tunnel mais que son inconvénient est lié aux importantes entrées d'air qui provoquent une entrée d'humidité dans le tunnel. A l'intérieur, I'appareil se couvre alors rapidement de givre et perd de son efficacité. De plus, cette entrée d'air entrane une surconsommation d'azote. Il est à noter que ces entrées d'air provoquent aussi une entrée d'humidité dans les conduits d'extraction et donc l'apparition de givre. Après plusieurs heures de fonctionnement, ce givre peut boucher les conduits d'extraction et entraner une fuite d'azote au niveau du tunnel par manque d'extraction (d'o un risque d'anoxie). Assez fréquemment aussi on trouve dans l'industrie une solution pour limiter les entrées d'air et les sorties gaz selon laquelle l'extraction est légèrement supérieure au besoin ( 3 o meilleur compromis qui puisse être pratiqué en l'état actuel de la technique. Selon cette solution, on pratique une extraction à débit fixe calculé au plus juste sur le besoin maximum du tunnel ou bien une extraction à débit variable indexée sur le taux d'ouverture de la vanne d'arrivée d'azote liquide dans le tunnel. Dans un tel cas, on observe les caractéristiques suivantes: - le débit d'extraction est supérieur au débit d'azote gazeux généré par l' i njection d' azote liqu ide - coté sortie des produits: le débit d'entrée d'air est légèrement positif, avec des variations plus ou moins importantes suivant les phases de fonctionnement du tunnel alors que le débit de sortie gaz est légèrement négatif en moyenne, ici encore avec des variations plus ou moins importantes suivant les phases de fonctionnement du tunnel. - coté entrée des produits: ici encore le débit d'entrée d'air est en moyenne légèrement positif, tandis que le débit de sortie gaz est légèrement négatif en moyenne. On voit alors que l'équilibre entre la sortie et l'entrée du tunnel est variable dans le temps et que l'on peut ainsi passer de la situation d'observation d'une sortie de gaz en entrée de tunnel et d'aspiration d'air en sortie de tunnel à la situation d'aspiration d'air en entrée de tunnel et de sortie de gaz en sortie de tunnel. On comprend alors que l'avantage principal de cette solution de sont alors plus ou moins limités suivant les cas. On peut encore citer une dernière approche, en pratique quasiment jamais mise en application, se plaçant, pour limiter les entrées d'air, sous aspiration réduite ( ). Dans un tel cas, on observe les caractéristiques suivantes: - un débit d'extraction inférieur au débit d'azote gazeux généré par l'injection d'azote liquide. - coté sortie des produits: un débit d'entrée d'air quasi nul alors que 3 0 1e débit de sortie de gaz est positif. - coté entrée des produits: également un débit d'entrée d'air quasi nul pour un débit de sortie de gaz positif. L' avantage de cette situation est bien sur l'absence d'entrée d'air en entrée et sortie de tunnel. Il n'y a donc pas de dépôt de givre dans l'appareil et dans les conduits d'extraction pas plus que de surconsommation d'azote causé par d'éventuelles entrées d'air chaud. En revanche bien évidemment le fonctionnement d'un tunnel dans ces conditions est dangereux. Les fuites d'azote vers l'extérieur du tunnel entranent un risque d'anoxie et donc une situation dangereuse pour les personnes travaillant à proximité. On constate donc à la lumière de ce qui précède la nécessité réelle pour cette industrie de pouvoir proposer une solution offrant un meilleur compromis, permettant de se rapprocher davantage de l'équilibre idéal. Pour cela: le débit d'extraction doit être adapté au volume d'azote gazeux généré. La quantité d'azote injectée dans le tunnel étant variable, le débit de l'extraction doit suivre aussi exactement que possible le besoin en tenant compte des éventuels retards entre l'injection d'azote liquide et le moment o il se vaporise. - concernant l'équilibre des gaz entre la sortie et l'entrée du tunnel: le système doit permettre de guider les gaz pour éviter qu'ils ne sortent ni en entrée ni en sortie de tunnel. - I'ensemble de ces contrôles est préférentiellement automatique sans autre action humaine que la fixation des réglages de départ. Ainsi, avec un tel équilibre des gaz dans le tunnel et une extraction 2 o totalement adaptée au besoin, le tunnel n'aspirerait plus d'air (ni en entrée ni en sortie) et pourrait donc fonctionner plus longtemps sans dégivrage et sans pe rd re son efficacité. Les cond u ites d' extraction ne se boucheraient plus et les fuites d'azote seraient à tout le moins considérablement amoindries, voire supprimées. Le risque d'anoxie serait ainsi ma^trisé. A cet effet l'invention a pour objet un procédé de conduite d'un tunnel cryogénique dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler, tunnel équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que de moyens d'extraction à débit variable de tout ou partie des gaz froids résultant de la vaporisation dudit fluide dans le tunnel, se caractérisant en ce que: a) on dispose d'une sonde de température située à l'extérieur du tunnel à proximité de son entrée, apte à fournir une valeur Tenrée de la température des gaz en son point de localisation; b) on compare la valeur de température Tenrée fournie par la sonde avec une valeur de consigne prédéterminée Toentrée; c) on rétroagit, en fonction du résultat de la comparaison de l'étape b), sur le débit d'extraction desdits moyens d'extraction afin de rétablir si nécessaire la valeur de température Tenrée au niveau de la valeur de consigne TOentrée Le procédé de conduite selon l'invention pourra par ailleurs adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes: - on utilise, pour effectuer ladite rétroaction de l'étape c) une réqulation de type PID. - on dispose, à l'intérieur du tunnel, de un ou plusieurs volets d'équilibrage des gaz, apte(s) à orienter les gaz froids vers l'entrée ou la sortie du tunnel, et actionnables automatiquement depuis l'extérieur du tunnel. - dans le contexte de la présence des dits volets: i) on dispose d'une sonde de température située à l'extérieur du tunnel à proximité de sa sortie, apte à fournir une valeur Tsorje de la température des gaz en son point de localisation; j) on compare la valeur de température Tsorie fournie par la sonde avec une valeur de consigne prédéterminée Tosortie; k) on rétroagit, en fonction du résultat de la comparaison de l'étape j), sur l'orientation de tout ou partie desdits volets d'équilibrage afin d'orienter tout ou partie des gaz froids contenus dans le tunnel pour rétablir ainsi si nécessaire la valeur de température Tsor'e au niveau de la valeur de consigne 2 O TOsortie - on utilise, pour effectuer ladite rétroaction de l'étape k), une régulation de type PID. - lesdits moyens d'extraction sur lesquels on rétroagit comprennent un seul conduit d'extraction situé à l'intérieur du tunnel, sensiblement au 2 5 dessus de la zone d'entrée des produits. L'invention concerne également un dispositif de conduite d'un tunnel cryogénique dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler, tunnel équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que de moyens d'extraction à débit variable de tout ou partie des gaz froids résultant de la 3 0 vaporisation dud it flu ide dans le tu nnel, comp renant: a) une sonde de température située à l'extérieur du tunnel à proximité de son entrée, apte à fournir une valeur Tenrée de la température des gaz en son point de localisation; b) une unité d'acquisition et de traitement d'informations apte à 3 5 comparer la valeur de température Tenrée fournie par la sonde avec une valeur de consigne prédéterminée Toenrée, et à rétroagir, le cas échéant, en fonction du résultat de la comparaison précédente sur le débit d'extraction desdits moyens d'extraction afin de rétablir si nécessaire la valeur de température Tenrée au niveau de la valeur de consigne Toenrée. Le dispositif de conduite selon l'invention pourra par ailleurs adopter I'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - I' unité d'acquisition et de traitement d' informations utilise, pour effectuer ladite rétroaction, un régulateur de type PID. - le dispositif comprend, à l'intérieur du tunnel, un ou plusieurs volets d'équilibrage des gaz, apte(s) à orienter les gaz froids vers l'entrée ou la sortie du tunnel, et actionnables automatiquement depuis 1'extérieur du tunnel. - dans le contexte de la présence desdits volets, le dispositif comprend également: i) une sonde de température située à l'extérieur du tunnel à proximité de sa sortie, apte à fournir une valeur Tsorje de la température des gaz en son point de localisation; j) une unité d'acquisition et de traitement d'informations apte à comparer la valeur de température Tsorje fournie par la sonde avec une valeur de consigne prédéterminée Tosorie et à rétroagir, le cas échéant, en fonction du résultat de la comparaison précédente sur l'orientation de tout ou partie desdits 2 0 volets d'équilibrage afin d'orienter tout ou partie des gaz froids contenus dans le tunnel pour rétablir ainsi si nécessaire la valeur de température Tsorje au niveau de la valeur de consigne TosOr'e - ladite unité d'acquisition et de traitement d'informations utilise, pour effectuer ladite rétroaction, un régulateur de type PID. - lesdits moyens d'extraction sur lesquels on rétroagit comprennent un seul conduit d'extraction situé à l'intérieur du tunnel, sensiblement audessus de la zone d'entrée des produits. La présente invention concerne également un tunnel cryogénique intégrant de tels moyens de conduite tels que décrits ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un tunnel de 1'art antérieur; 3 5 - la Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un tunnel permettant la mise en _uvre de l'invention. La figure 1 illustre la structure typique d'un tunnel cryogénique 1 dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler (entrée 7 des produits, sortie 8 des produits traités), tunnel équipé de moyens d'injection 2 d'un fluide cryogénique ainsi que de plusieurs moyens 3 d'extraction des gaz froids résultant de la vaporisation du fluide dans le tunnel. On reconna^'t par ailleurs la présence d'une série de ventilateurs 4. On a d'autre part représenté par les flèches 5 les entrées d'air dans le tunnel (en entrée ou en sortie) et par les flèches 6 les sorties de gaz du tunnel (ici encore en entrée ou en sortie). L'installation représentée en figure 2 permet quant à elle la mise en _uvre de la présente invention. On notera que par rapport à la figure 1 les même éléments de structure portent la même référence (par exemple l'injection de liquide cryogénique 2, ou encore les entrées d'air 5 dans le tunnel ou les sorties de gaz 6 de ce tunnel). Pour le mode de réalisation représenté, on dispose d'une sonde de température 21 située à l'extérieur du tunnel à proximité de son entrée, apte à fournir une valeur Tenrée de la température des gaz en son point de localisation, ainsi que d'une sonde de température 22 située à l'extérieur du tunnel à proximité de sa sortie, apte à fournir une valeur Tsorje de la température des gaz 2 O en son point de localisation. La notion de " proximité >> de l'une ou l'autre des sondes selon l'invention doit s'entendre comme une distance raisonnable pour que la valeur de température fournie soit représentative des phénomènes d'entrée d'air ou de fuite de gaz froid, donc typiquement un ordre de grandeur de quelques millimètres à quelques dizaines de millimètres de la porte d'entrée ou de sortie du tunnel va très bien convenir à la mise en _uvre de la présente invention. Comme indiqué sur la figure on dispose également d'une unité 30 d'acquisition et de traitement d'informations apte (voir sur la figure flèches tiretées et mixtes tiretées-pointillées): 3 O - à comparer la valeur de température Tenrée fournie par la sonde 21 avec une valeur de consigne prédéterminée TOentrée; - à comparer la valeur de température Tsorie fournie par la sonde 22 avec une valeur de consigne prédéterminée Tosortie; - à rétroagir, en fonction du résultat de ces comparaisons sur le débit d'extraction des moyens d'extraction 3 eVou sur l'orientation de tout ou partie des volets d'équilibrage 20, afin de rétablir l'une ou l'autre ou les deux des températures au niveaux des consignes. Si conformément à l'invention on peut n'agir que sur l'extraction 3 en fonction du résultat de la sonde 21, il est clair que l'exploitation combinée des deux modes de contrôle (entrée et sortie, moye ns d' extraction et volets) offre les meilleurs résultats: - Contrôle des mouvements de aaz en sortie de tunnel: la sonde 22 indique à l'unité 30 la température des gaz à ce niveau. On comprend que si la température est trop basse par rapport à une consigne, ce > ne peut provenir que de l'intérieur du tunnel, on a donc affaire à une sortie de gaz. Si la température est trop haute par rapport à la consigne il y a donc aspiration d'air par le tunnel. En revanche si la température est intermédiaire l'équilibre est atteint et les mouvements de gaz sont pratiquement nuis. A l'intérieur du tunnel, et selon le résultats de ces mesures de température de sortie, le système utilise avantageusement une réqulation de type PID pour ajuster en permanence et automatiquement la position des volets d'équilibrage 20 pour dévier les turbulences créées par les ventilateurs et permettre d'orienter selon les besoins les gaz froids vers l'entrée ou la sortie du tunnel. Les mouvements de gaz en sortie de tunnel sont alors pratiquement inexistants. - Contrôle des mouvements de aaz en entrée de tunnel: en entrée de tunnel, la sonde 21 indique à l'unité 30 la température des gaz à ce niveau. La même logique que ci dessus s'applique pour détecter un mouvement d'entrée ou de sortie de gaz (température trop basse indiquant une sortie de gaz du tunnel, température trop haute indiquant une aspiration d'air par le tunnel). Selon le résultat des mesures de température d'entrée, le système utilise avantageusement une réqulation de type PID pour ajuster en 3 o permanence et automatiquement le débit d'aspiration des gaz de l'extraction 3 à débit variable. Ainsi les mouvements de gaz en entrée de tunnel sont pratiquement inexistants. On utilisera préférentiellement des consignes de température que ce soit pour l'entrée ou la sortie- plus ou moins inférieures à la température ambiante, en pratique préférentiellement voisines de 0 C. On aura compris à la lecture de ce qui précède que ces deux modes de contrôle fonctionne nt de man ière indépendante mais permettent d' obteni r en combinaison un fonctionnement de tunnel très proche des conditions idéales. En quelque sorte, et sans que l'explication schématique (et purement indicative de la compréhension des phénomènes que 1'on peut avoir à 1'heure actuelle) donnée ci-dessous ne puisse être considérée comme limitative vis a vis de la présente invention, il y a-lorsque les deux modes de contrôle sont combinés- une sorte d'échange du " > entre l'entrée et la sortie du tunnel (gestion de la ' tandis que 1'extraction est apte quand cela s'avère nécessaire à en évacuer une partie hors du tunnel. R EVE N D I CATI ON S 1. Procédé de conduite d'un tunnel cryogénique dans lequel circulent des p rod u its à refroid i r ou su rge le r, tu nnel q u i est équ ipé de moyens d' injection d' u n flu ide cryogén ique ai nsi que de moye ns d 'extraction à débit variable de tout ou partie des gaz froids rés u ltant de la vaporisation dud it flu ide dans le tunnel, se caractérisant en ce que: a) on dispose d'une sonde de température située à l'extérieur du tunnel à proximité de son entrée, apte à fournir une valeur Tentrée de la température des gaz en son point de localisation; b) on compare la valeur de température Tentrée fournie par la sonde avec une valeur de consigne prédéterminée T entrée; c) on rétroagit, en fonction du résultat de la comparaison de l'étape b), sur le débit d'extraction desdits moyens d'extraction afin de rétablir si nécessaire la valeur de température Tentrée au niveau de la valeur de consigne TOentrée 2. Procédé de conduite selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise, pour effectuer ladite rétroaction de l'étape c) une régulation de type PID. 3. Procédé de conduite selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on dispose, à l'intérieur du tunnel, de un ou plusieurs volets d'équilibrage des gaz, apte(s) à orienter les gaz froids vers l'entrée ou la sortie du tunnel, et actionnables automatiquement depuis l'extérieur du tunnel. 4. Procédé de conduite selon la revendication 3 caractérisé par la mise en _uvre des mesures suivantes: i) on dispose d'une sonde de température située à l'extérieur du tunnel à proximité de sa sortie, apte à fournir une valeur Tsortje de la température des gaz en son point de localisation; j) on compare la valeur de température Tsortje fournie par la sonde 3 0 avec une valeur de consigne prédéterminée Tosortie; k) on rétroagit, en fonction du résultat de la comparaison de l'étape j), sur l'orientation de tout ou partie desdits volets d'équilibrage afin d'orienter tout ou partie des gaz froids contenus dans le tunnel pour rétablir ainsi si nécessaire la valeur de température Tsortje au niveau de la valeur de consigne 3 5 TOsortie 5. Procédé de conduite selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise, pour effectuer ladite rétroaction de l'étape k), une régulation de type PID. 6. Procédé de conduite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens d'extraction sur lesquels on rétroagit comprennent un seul conduit d'extraction situé à l'intérieur du tunnel, sensiblement au -dessus de la zone d'e ntrée des p rod u its. 7. Dispositif de conduite d'un tunnel cryogénique dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler, tunnel équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que de moyens d'extraction à débit variable de tout ou partie des gaz froids résultant de la vaporisation dudit fluide dans le tunnel, comprenant: a) une sonde de température située à l'extérieur du tunnel à proximité de son entrée, apte à fournir une valeur Tenrée de la température des gaz en son point de localisation; b) une unité d'acquisition et de traitement d'informations apte à comparer la valeur de température Tenrée fournie par la sonde avec une valeur de consigne prédéterminée Toenrée, et à rétroagir, le cas échéant, en fonction du résultat de la comparaison précédente sur le débit d'extraction desdits moyens d'extraction afin de rétablir si nécessaire la valeur de température Tenrée au niveau de la valeur de consigne TOenrée 8. Dispositif de conduite selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite unité d'acquisition et de traitement d'informations utilise, pour effectuer ladite rétroaction, un régulateur de type PI D. 9. Dispositif de conduite selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'intérieur du tunnel, un ou plusieurs volets d'équilibrage des gaz, apte(s) à orienter les gaz froids vers l'entrée ou la sortie du tunnel, et actionnables automatiquement depuis l'extérieur du tunnel. 10. Dispositif de conduite selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend: i) une sonde de température située à l'extérieur du tunnel à proximité de sa sortie, apte à fournir une valeur Tsoje de la température des gaz en son point de localisation; j) une unité d'acquisition et de traitement d'informations apte à comparer la valeur de température Tsorje fournie par la sonde avec une valeur de consigne prédéterminée Tosoie et à rétroagir, le cas échéant, en fonction du résultat de la comparaison précédente sur l'orientation de tout ou partie desdits volets d'équilibrage afin d'orienter tout ou partie des gaz froids contenus dans le tunnel pour rétablir ainsi si nécessaire la valeur de température Tsoje au niveau de la valeur de consigne TosOje 11. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que ladite unité d'acquisition et de traitement d'informations utilise, pour effectuer ladite rétroaction, un réqulateur de type PI D. 12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11 caractérisé en ce que lesdits moyens d'extraction sur lesquels on rétroagit comprennent un seul conduit d'extraction situé à l'intérieur du tunnel, sensiblement audessus de la zone d'entrée des produits. 13. Tunnel cryogénique du type dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler, équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que de moyens d'extraction à débit variable de tout ou partie des gaz froids résultant de la vaporisation dudit fluide dans le tunnel, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de conduite conforme à l'une quelconque des