Brevet FR2969060A1 — publié le 20120622

La présente invention concerne le domaine des procédés de transport et de distribution de produits thermosensibles, tels les produits pharmaceutiques et les produits alimentaires, en camions frigorifiques, et elle s'intéresse tout particulièrement à l'une des techniques utilisées dans ce type de camions, dite « injection indirecte », qui met en oeuvre un (ou plusieurs) échangeur(s) de chaleur (par exemple des serpentins), dans lequel circule un 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. Les ambiances maintenues à l'intérieur de la chambre froide peuvent être aussi bien prévues pour des produit frais (typiquement une température voisine de 4°C) que pour des produits surgelés (typiquement une température voisine de -20°C). A titre illustratif, ces échangeurs ou unités frigorifiques peuvent être constitués de spires en cuivre, alimentées en azote liquide. Ces spires sont par exemple placées dans une caisse qui guide le flux d'air aspiré par un ventilateur, par exemple, mais ceci n'est qu'illustratif, dans une configuration d'aspiration au sol pour refoulement de l'air au plafond. L'air aspiré est donc refroidi par le contact avec les parois froides des spires alimentées en azote liquide. Mais ceci n'est donc qu'un exemple des multiples configurations de positionnements d'échangeurs pratiquées dans cette industrie. On assiste alors au phénomène suivant : l'humidité contenue dans l'atmosphère interne à la chambre, entraîne en fonctionnement la formation de givre autour des spires de l'échangeur, givre qui fait diminuer considérablement le rendement de ces échangeurs car la couche de givre forme un isolant thermique autour des tubes. La conséquence de ce phénomène est que dans un cycle classique de fonctionnement de ces échangeurs, par exemple de plus de 20 heures, plusieurs dégivrages au cours de ce cycle seront nécessaires. Une des solutions de dégivrage répertoriées dans la littérature est de dégivrer en plaçant des rubans chauffants autour des spires, solution qui n'est pas sans poser des inconvénients : 1- poser des rubans autour des spires diminue la surface d'échange avec les spires, donc le rendement de l'échangeur ; 2- la consommation électrique d'un tel dégivrage (donc l'autonomie des unités cryogéniques qui fonctionnent sur batteries), sans oublier le fait que la place disponible dans le camion est d'autant réduite de même que le poids accepté. 3- lors du chauffage des spires par les rubans chauffant, l'injection d'azote et donc l'échangeur doit être à l'arrêt, la température dans la caisse va donc augmenter pendant le temps de dégivrage et de remise au froid des échangeurs. 4- la surconsommation d'azote. Un des objectifs de la présente invention est donc de proposer une nouvelle approche de dégivrage apportant une solution aux inconvénients listés plus haut. Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, la présente invention propose de dégivrer l'échangeur par une action mécanique (pour secouer et faire chuter le givre formé), cette action mécanique n'intervenant pas sur une situation quelconque puisque conformément à l'invention, on aura fait en sorte que le givre se soit formé sur une situation dite de « zéro adhésion », c'est-à-dire sur une surface d'échangeur dont la température soit suffisamment froide (inférieure à une température limite donnée que nous expliciterons plus loin), permettant que le givre qui se formera sur cette surface attachera moins, et sera alors plus aisé à faire chuter. On entend par « température suffisamment froide » une température cryogénique, typiquement inférieure à -50°C, mais plus préférentiellement inférieure à -80 °C, par exemple voisine de -90 à -100 °C. En pratique, selon une des mises en oeuvre de l'invention, pour favoriser ces conditions de « zéro adhésion », 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), on procédera à un pré-refroidissement de l'échangeur (« pré » car avant mise en 1 o route des ventilateurs), pré-refroidissement dont l'avantage réside dans le fait que le givre qui se formera ultérieurement attachera moins, sera plus aisé à faire chuter : pré-refroidissement obtenu par le fait qu'on laisse un temps de latence entre la mise en froid de l'échangeur par admission du cryogène et la mise en route du ou des ventilateurs qui lui sont associés, temps de latence 15 par exemple de quelques minutes (typiquement de l'ordre de 5 à 10 minutes), qui permet, comme on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, d'amener la surface de l'échangeur (par exemple des spires en cuivre) à la température cryogénique recherchée (par exemple voisine de -90°C), avant de forcer l'air à entrer en contact avec l'échangeur. Selon les configurations cette température 20 de surface pourra être prise en compte à des endroits variables de l'échangeur (entrée, sortie, milieu...). Ce temps de latence peut bien entendu varier selon les conditions, par exemple de la température initiale de la chambre du camion avant la remise en route. 25 Expliquons mieux ce qui précède et les phénomènes qui sont selon toute vraisemblance observés (sans que l'on puisse être limité en aucune manière par les tentatives d'explication données ci-dessous). Le contrôle de procédé typiquement mis en oeuvre dans de tels camions 30 fonctionnant en CTI est 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. 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. Et l'on sait que c'est pendant la phase de « descente rapide » que le maximum de cryogène est en circulation dans les échangeurs tandis que la 1 o quantité de cryogène admise dans les échangeurs durant la phase de « contrôle/régulation » est beaucoup moins importante, c'est donc pendant cette phase de descente rapide intervenant par exemple au démarrage d'une tournée ou après un arrêt prolongé du système frigorifique pour une raison quelconque ou encore après une ouverture significative de porte, qu'il sera 15 important de favoriser des conditions de zéro adhésion du givre. On peut noter que le fait de mettre en oeuvre des actions mécaniques pour dégivrer des éléments travaillant en ambiance cryogénique (actions telles que brossage, impaction par des objets tels que barres, marteaux etc...), a déjà 20 été évoqué dans la littérature, par exemple pour dégivrer des convoyeurs de tunnels cryogéniques comme le propose le document US-5 878 582. On aura donc compris que tout le mérite de la présente invention réside dans le fait d'une part d'appliquer cette approche à des échangeurs de transport cryogénique mais surtout de proposer de mettre en oeuvre cette 25 action mécanique à un moment choisi, où l'action sera plus efficiente, car le givre formé sera alors moins adhérent. En effet, les expérimentations menées par la Demanderesse ont permis de démontrer que le givre formé à des températures cryogéniques est très peu dense, il se présente sous forme de neige peu adhérente à la surface de 30 l'échangeur (par exemple des spires en cuivre). L'invention concerne alors un procédé de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, du type où le camion est muni : - d'au moins une chambre de stockage des produits, - d'une réserve d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide, - d'un système d'échangeur thermique dans lequel circule le fluide cryogénique, système d'échangeur comprenant un ensemble d'un ou plusieurs échangeurs ; - ainsi que d'un système de circulation d'air, par exemple de type ventilateurs, apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec les parois 1 o froides des échangeurs de l'ensemble, se caractérisant en ce que lorsque l'un ou plusieurs échangeurs dudit ensemble doivent être dégivrés, on applique une action mécanique sur le ou les échangeurs devant être dégivré(s), action mécanique apte à détacher et faire chuter le givre formé à leur surface, et en ce que l'on a mis en oeuvre des 15 mesures permettant que ce givre se soit formé en conditions dites de « zéro adhésion » i.e. sur une surface d'échangeur dont la température soit inférieure ou égale à une température limite donnée. La présente invention pourra par ailleurs adopter l'une ou plusieurs des 20 caractéristiques suivantes : i) lors d'une remise en route du système frigorifique du camion, par exemple au démarrage d'une tournée ou après un arrêt prolongé du système frigorifique ou après une ouverture de porte, on procède à un pré-refroidissement de la surface du ou des échangeurs considérés afin de faire 25 descendre leur température à une température inférieure ou égale à la dite température limite, ceci de la façon suivante : on laisse un temps de latence entre la mise en froid du ou des échangeurs de l'ensemble par admission du cryogène et la mise en route du ou des ventilateurs qui leur sont associés. j) ledit temps de latence est de quelques minutes, par exemple de 5 à 10 30 minutes. k) ladite température limite est inférieure à -50°C, plus préférentiellement inférieure à -80 °C, par exemple comprise dans la gamme allant de -90 à -100 °C. I) ladite action mécanique est une action de mise en vibration de l'échangeur considéré à dégivrer, par un système de vibration électrique ou pneumatique, mais on préférera selon l'invention un système pneumatique pour économiser les batteries du camion, de l'air étant par exemple présent au niveau des systèmes de freinage des camions et pouvant ainsi être utilisé à cette fin, sans oublier le fait qu'un système pneumatique possède une 1 o meilleure tenue au froid qu'un système électrique. On notera que de nombreux systèmes de vibration sont disponibles sur le marché, de très faible encombrement (quelques centimètres) facilitant leur fixation sur les spires de l'échangeur, par exemple en partie basse de la spire (mais d'autres localisations telles qu'au centre d'une spire ont été pratiquées 15 avec succès selon la fréquence de vibration pratiquée), ces systèmes disponibles pouvant atteindre des fréquences de vibrations très élevées (20 à 30000 vibrations par minute) fournissant ainsi une très bonne efficacité. On notera également qu'afin de limiter la consommation en air comprimé de tels systèmes de vibration pneumatiques, il est possible de ne pas installer 20 un système par spire mais d'installer un seul système par échangeur en reliant les spires entre elles. Selon la configuration d'échangeurs (par exemple une série de 3 spires, une des spires formant l'arrivée de liquide cryogénique, les deux autres formant un retour gaz) il est possible également de ne positionner le système 25 de vibrations que sur la spire liquide. m) la mise en oeuvre de ladite action mécanique est déclenchée de façon automatique sur la base d'au moins l'un des évènements suivants : - on procède à la surveillance du rendement du ou des échangeurs de l'ensemble par le suivi des températures d'entrée et sortie de 30 fluides de l'échangeur considéré, la mesure d'une température de sortie de l'échangeur inférieure à une température de sortie limite étant considérée comme un signe de baisse de rendement entrainant la mise en oeuvre de ladite action mécanique (il faut souligner que l'on peut également envisager d'utiliser la donnée de différence entre les températures d'entrée et sortie de fluides de l'échangeur considéré, et l'on déclenche l'action mécanique quand ce delta est inférieur à une consigne donnée Te-s ) ; - on met en oeuvre ladite action mécanique après une période de temps donnée (dite « période de ventilation ») suivant la mise en route des systèmes de circulation d'air (ventilateurs) ; - on met en oeuvre ladite action mécanique après chaque arrêt des systèmes de ventilation d'air ; - on met en oeuvre ladite action mécanique à intervalles de temps réguliers At suivant une mise en route des systèmes de circulation d'air (ventilateurs), et durant un temps d'action donné tvib ; - on met en oeuvre ladite action mécanique lorsqu'une consigne de température dans la chambre de stockage des produits du camion a été atteinte (à titre illustratif -18°C pour des produits congelés) ; - on effectue une mesure d'une température de surface de l'échangeur et l'on met en oeuvre ladite action mécanique lorsque la température de surface de l'échangeur mesurée est supérieure à ladite température limite donnée. Des essais de mise en oeuvre de l'invention ont été réalisés, mettant en oeuvre un système de vibration de référence GT-10-RF commercialisé par la société Casadio, dont la fréquence de vibration est voisine de 30000 vibrations par minute ce qui le rend très efficace, dont l'encombrement est très réduit (7cm x 5cm x 4cm) ce qui rend son implémentation très facile, fixé en partie basse des spires d'un échangeur vertical (mais ceci n'est bien entendu qu'un exemple), i.e. là où le givre est prédominant puisqu'il s'agit d'une zone toujours en azote liquide. La consommation en air comprimé a été évaluée à 50 I/min par système 3o pneumatique et par dégivrage (i.e. par sollicitation), la durée de chaque dégivrage a été évaluée à 20-30 secondes (mais il faut noter que des temps de dégivrage de moins de 10 secondes ont donné satisfaction avec des réglages de pression des vibrateurs adéquates). Comme signalé plus haut, pour limiter la consommation d'air comprimé, il est possible de relier les spires entre elles et ainsi n'installer qu'un système de vibration par échangeur (un tel échangeur vertical comporte typiquement 3 à 4 spires tandis qu'un échangeur horizontal en comporte typiquement 2). Ces essais ont permis de démontrer l'efficacité incontestable de l'invention pour dégivrer un échangeur vertical en cuivre d'un camion frigorifique fonctionnant en injection indirecte, et ont également confirmé le fait que le système de vibration peut être mis en oeuvre lorsque l'échangeur est en fonctionnement (alimenté en cryogène) apportant ainsi une solution à l'un des problèmes techniques associés aux solutions antérieures de cordon chauffant. On note aussi que grâce à l'invention, il n'est pas nécessaire de remettre en froid les spires après l'opération de vibration, contrairement ici encore au cas des solutions antérieures de cordons chauffant (de façon bien compréhensible, ayant chauffé les spires il était nécessaire de les remettre en froid pour récupérer un fonctionnement normal). On conçoit alors également, sans qu'il soit nécessaire de développer plus avant, tous les avantages d'efficacité et de temps gagné qui sont attachés à l'invention en fonction de ce qui vient d'être mentionné. On peut encore signaler les avantages suivants : - une des difficultés des méthodes antérieures à fil chauffant est l'incertitude quant au fait que le dégivrage est bien terminé et l'eau évacuée : tout résidu d'eau demeurant sur les spires après dégivrage reprendra immédiatement en glace à la remise en froid, le givre engendré dans un tel cas (sur surface chaude) étant alors très dense et très difficile à décoller ; - selon l'invention, le décollement du givre étant réalisé « en 3o fonctionnement », la neige décollée peut, au lieu de s'accumuler en bas des échangeurs pour finalement donner lieu à des flaques d'eau (cas des cordons chauffants), être « aspirée » par les ventilateurs (qui donc n'ont pas été arrêtés) et refoulée hors de la caisse ou encore allant se diluer dans la caisse elle-même. C'est précisément ce phénomène d'aspiration que la Demanderesse a observé lors de ses essais. Comme on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, l'invention concerne également un dispositif de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, camion qui est muni : - d'au moins une chambre de stockage des produits, - d'une réserve d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide, - d'un système d'échangeur thermique dans lequel circule le fluide cryogénique, système d'échangeur comprenant un ensemble d'au moins un échangeur ; - ainsi que d'un système de circulation d'air, par exemple de type ventilateurs, apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec les parois froides des échangeurs de l'ensemble, se caractérisant en ce qu'il comprend les éléments suivants : - au moins un moyen d'application d'une action mécanique sur ledit au moins un échangeur afin d'en réaliser le dégivrage en permettant de détacher et faire chuter le givre formé à la surface de l'échangeur considéré ; - un système d'acquisition et de traitement de données apte à mettre en oeuvre les mesures suivantes : - lors d'une remise en route du système frigorifique du camion, par exemple au démarrage d'une tournée ou après un arrêt prolongé du système frigorifique, le système d'acquisition et de traitement de données est apte à ordonner une action de refroidissement de la surface de l'échangeur afin de faire descendre ou redescendre sa température à une température inférieure ou égale à une température limite de surface, en imposant un temps de latence entre la mise en froid du ou des échangeurs de l'ensemble par admission du cryogène et la mise en route du ou des système(s) de circulation d'air qui leur sont associés. --------------------- REVENDICATIONS1. Procédé de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, du type où le camion est muni : - d'au moins une chambre de stockage des produits, - d'une réserve d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide, - d'un système d'échangeur thermique dans lequel circule le fluide cryogénique, système d'échangeur comprenant un ensemble d'un ou plusieurs échangeurs ; - ainsi que d'un système de circulation d'air, par exemple de type ventilateurs, apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec les parois froides des échangeurs de l'ensemble, se caractérisant en ce que lorsque l'un ou plusieurs échangeurs dudit ensemble doivent être dégivrés, on applique une action mécanique sur le ou les échangeurs devant être dégivré(s), action mécanique apte à détacher et faire chuter le givre formé à leur surface, et en ce que l'on a mis en oeuvre des mesures permettant que ce givre se soit formé sur une surface d'échangeur dont la température soit inférieure ou égale à une température limite donnée. 2. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que lors d'une remise en route du système frigorifique du camion, par exemple au démarrage d'une tournée ou après un arrêt prolongé du système frigorifique, on procède à un pré-refroidissement de la surface du ou des échangeurs considérés afin de faire descendre leur température à une température inférieure ou égale à la dite température limite, ceci de la façon suivante : on laisse un temps de latence entre la mise en froid du ou des échangeurs de l'ensemble par admission du cryogène et la mise en route du ou des système(s) de circulation d'air qui leur sont associés. 3. Procédé selon la revendication 2, se caractérisant en ce que ledit temps de latence est de quelques minutes, par exemple de 5 à 10 minutes. 3o 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite température limite de surface est inférieure à -50°C, pluspréférentiellement inférieure à -80 °C, et encore plus préférentiellement comprise dans la gamme allant de -90 à -100 °C. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite action mécanique est une action de mise en vibration de l'échangeur considéré à dégivrer. 6. Procédé selon la revendication 5, se caractérisant en ce que la mise en vibration de l'échangeur considéré est obtenue à l'aide d'au moins un système de vibration pneumatique. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 1 o ce que la mise en oeuvre de ladite action mécanique est déclenchée de façon automatique sur la base d'au moins l'un des évènements suivants : - on procède à la surveillance du rendement du ou des échangeurs de l'ensemble par le suivi des températures d'entrée et sortie de fluides de l'échangeur considéré, la mesure d'une température de sortie de 15 l'échangeur inférieure à une température de sortie limite étant considérée comme un signe de baisse de rendement entrainant la mise en oeuvre de ladite action mécanique ; - on met en oeuvre ladite action mécanique après une période de temps donnée (dite « période de ventilation ») suivant la mise en route des 20 systèmes de circulation d'air ; - on met en oeuvre ladite action mécanique après chaque arrêt des systèmes de ventilation d'air ; - on met en oeuvre ladite action mécanique à intervalles de temps réguliers At suivant une mise en route des systèmes de circulation d'air, durant 25 un temps d'action donné tvib ; - on met en oeuvre ladite action mécanique lorsqu'une consigne de température dans la chambre de stockage des produits du camion a été atteinte ; - on effectue une mesure d'une température de surface de 30 l'échangeur et l'on met en oeuvre ladite action mécanique lorsque la température de surface mesurée est supérieure à ladite température limite donnée. 8. Dispositif de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, camion qui est muni : - d'au moins une chambre de stockage des produits, - d'une réserve d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide, - d'un système d'échangeur thermique dans lequel circule le fluide cryogénique, système d'échangeur comprenant un ensemble d'au moins un échangeur; - ainsi que d'un système de circulation d'air, par exemple de type 1 o ventilateurs, apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec les parois froides des échangeurs de l'ensemble, se caractérisant en ce qu'il comprend les éléments suivants : - au moins un moyen d'application d'une action mécanique sur ledit au moins un échangeur afin d'en réaliser le dégivrage en permettant de 15 détacher et faire chuter le givre formé à la surface de l'échangeur considéré ; - un système d'acquisition et de traitement de données apte à mettre en oeuvre les mesures suivantes : - lors d'une remise en route du système frigorifique du camion, par exemple au démarrage d'une tournée ou après 20 un arrêt prolongé du système frigorifique, le système d'acquisition et de traitement de données est apte à ordonner une action de refroidissement de la surface de l'échangeur afin de faire descendre ou redescendre sa température à une température inférieure ou égale à une 25 température limite de surface, en imposant un temps de latence entre la mise en froid du ou des échangeurs de l'ensemble par admission du cryogène et la mise en route du ou des système(s) de circulation d'air qui leur sont associés.