Brevet FR3030025A1 — publié le 20160617

La présente invention concerne le domaine du transport et de la distribution des produits thermosensibles, tels que les produits pharmaceutiques et les denrées alimentaires, en camions frigorifiques. Elle s'intéresse plus particulièrement à l'une des techniques utilisées dans ce type de camions, dite « injection indirecte » (technologie dite « CTI »), qui met en oeuvre un ou plusieurs échangeur(s) de chaleur dans l'enceinte interne où sont transportés les produits (on parle aussi de « chambre », de « boîte », de « caisse » isotherme...), échangeur dans lequel circule un fluide cryogénique tel l'azote liquide ou le CO2 liquide. Ce fluide cryogénique est acheminé depuis un réservoir cryogénique embarqué, le plus souvent sous le camion frigorifique, jusqu'à un ou plusieurs échangeurs thermiques situés à l'intérieur des chambres froides du camion, échangeurs munis de moyen de circulation d'air. Ces échangeurs permettent le refroidissement de l'air interne de la chambre stockant les produits, air environnant les échangeurs, à la température désirée. La chaleur extraite de l'air permet, tout d'abord, une évaporation complète du fluide cryogénique circulant dans l'échangeur, puis une élévation de sa température jusqu'à une température proche de celle de l'enceinte. Le fluide cryogénique en sortie d'échangeur est alors rejeté à l'extérieur après avoir cédé un maximum d'énergie de refroidissement. De façon bien connue de l'homme du métier, des solutions existent aujourd'hui pour contrôler la température de l'air interne à la caisse stockant les produits transportés, On peut rappeler que le contrôle de procédé typiquement mis en oeuvre pour de tels camions fonctionnant en injection indirecte est le suivant : 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 (cette industrie nomme cette phase « pull-down ») ; 3030025 2 Une fois une 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 (phase de « maintien »). 5 Les modes de régulation existants sont basés principalement sur des algorithmes de commande de l'ouverture/fermeture des vannes d'alimentation en fluide cryogénique du ou des échangeurs, ou encore sur la prise en compte des écarts de température entre la température d'entrée et de sortie du fluide 10 dans et de l'échangeur. Mais par ailleurs, une des préoccupations constantes de l'homme du métier de ce domaine est de réduire la consommation de cryogène, par exemple d'azote liquide, de tels camions réfrigérés cryogéniquement. 15 Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une nouvelle gestion de l'alimentation en cryogène d'un tel procédé d'injection indirecte, permettant notamment d'optimiser la quantité de cryogène (par exemple d'azote liquide) nécessaire à l'abaissement de la température de l'air 20 interne aux chambres au niveau ou en deçà d'une consigne requise, et au maintien de ces conditions durant les différentes phases requises du transport. Et comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, la présente invention propose la mise en oeuvre, en sortie de circuit (en aval du ou des échangeurs) d'une ou de vannes proportionnelles, et le pilotage de cette ou 25 certaines de ces vannes proportionnelles de façon optimisée, pilotage qui, on le conçoit, a un impact direct sur la consommation de cryogène et sur le profil de température obtenu. Ces vannes peuvent être pilotées à l'aide de leur taux d'ouverture, taux d'ouverture qui peut varier selon une plage allant de 0 à 100% (100% 30 correspondant au taux maximum d'ouverture de la vanne). Et de façon remarquable, le pilotage recommandé ici selon l'invention propose, à certains moments et dans certaines conditions réunies, de volontairement dégrader les conditions de température dans l'espace de stockage et donc de volontairement 3030025 3 accepter de s'éloigner de la température de consigne initialement visée. On peut considérer alors que par rapport aux conditions de régulations traditionnellement pratiquées, telles qu'évoquées plus haut, l'invention met à la disposition de l'utilisateur/opérateur du camion un mode de régulation que l'on 5 peut qualifier de mode « ECO », de mode additionnel, et que l'opérateur ou le système peut mettre en oeuvre en remplacement du mode habituel (conforme à l'art antérieur) quand il le juge adéquat ou acceptable. L'invention concerne alors une méthode de gestion de l'alimentation en 10 liquide cryogénique d'un camion de transport de produits thermosensible, 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(s) thermique(s) interne à ladite au moins 15 une chambre, dans lequel circule le fluide cryogénique, - 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 du système d'échangeur thermique, - de capteurs de température aptes à déterminer la température de 20 l'atmosphère interne à ladite au moins une chambre (Tint) ; - ainsi que d'une unité de gestion et de commande, apte à réguler la température interne Tint à une valeur de consigne Tcnns en ordonnant une fermeture ou ouverture, ou le degré de telles ouverture/fermeture, d'une vanne proportionnelle située en aval du système d'échangeur d'une chambre 2 5 considérée ; se caractérisant en ce que 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 30 température d'au moins une desdites chambres de la manière suivante : - on détermine la grandeur AT = Tint - Tcons ; 3030025 4 - et en ce que dès que AT est inférieur à une valeur de consigne haute AT''_H on ordonne la fermeture ou la diminution de l'ouverture de ladite vanne située en aval du système d'échangeur de la chambre considérée, la valeur de consigne haute ATcons-H étant inférieure ou égale à 20°C, et préférentiellement 5 inférieure ou égale à 15°C. Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, dans le cas de produits surgelés, dès que AT est inférieur à une valeur de consigne haute congélation ATcons-H-cong on ordonne la fermeture ou la diminution de l'ouverture 10 de ladite vanne située en aval du système d'échangeur de la chambre considérée, ATcons-H-cong étant supérieure ou égale à 10 °C , préférentiellement supérieure ou égale à 15°C, par exemple égale à 15°C ± 5°C. Selon un autre des modes de mise en oeuvre de l'invention, dans le cas 15 de produits frais, dès que AT est inférieur à une valeur de consigne haute frais ATcons-H-frais on ordonne la fermeture ou la diminution de l'ouverture de ladite vanne située en aval du système d'échangeur de la chambre considérée, ATcons-H-frais étant supérieure ou égale à 2 °C , préférentiellement supérieure ou égale à 5°C, par exemple égale à 5°C ± 3°C. 20 A titre illustratif pour mieux visualiser ce que propose l'invention, considérons le cas des produits congelés, pour lesquels la consigne demandée dans la chambre est généralement voisine de -20°C, on adopte une consigne haute congélation ATcons-H-cons de 15°C ± 5°C, et donc typiquement dès une 25 température interne voisine de -5°C (voire dès une température interne à la chambre voisine de 0°C) on accepte de diminuer le débit alimentant l'échangeur, sans attendre de se rapprocher davantage de -20°C (comme le fait l'art antérieur) et donc en acceptant la dégradation de température induite et notamment la dégradation de la cinétique de descente en température. 30 Toujours à titre illustratif pour mieux visualiser ce que propose l'invention, considérons le cas des produits frais, pour lesquels la consigne demandée dans la chambre est généralement voisine de 4°C, on adopte une consigne 3030025 5 haute frais ATcons-H-frais de 5°C ± 3°C, et donc typiquement dès 9°C (voire dès une température interne à la chambre voisine de 12°C) on accepte de diminuer le débit alimentant l'échangeur, sans attendre de se rapprocher davantage de 4°C (comme le fait l'art antérieur) et donc en acceptant la dégradation de 5 température induite et notamment la dégradation de la cinétique de descente en température. En pratique, on observe dans ce domaine des cinétiques de descente en température durant la phase de « pull down » de l'ordre de 0,6°C à 1,2°C/min. 10 Selon la présente invention, cette cinétique peut être dégradée au profit de la consommation. Comme on l'aura compris à la lecture de ce qui précède, le système applique donc, en deça de la valeur de consigne haute ATcons_H (qui est on l'a 15 compris élevée par rapport aux limites entrainant une réaction selon les modes de régulations anciennement pratiqués) un taux d'ouverture réduit, par rapport à ce qu'il était auparavant (Tauxo, en général le taux d'ouverture était après un tel évènement à son maximum ou proche de son maximum, par exemple dans la gamme de 80-100%) et donc on peut exprimer le nouveau taux (réduit) de la 20 façon suivante : - Taux 1= al AT Ou encore - Taux 1= a Tauxo 25 Pour illustrer ce qui précède, le tableau 1 ci-dessous donne un exemple de mise en oeuvre de l'invention en fournissant le nouveau taux d'ouverture Taux 1 de la vanne en fonction de AT avec un coefficient al qui est un coefficient fixe =100/15 : 3030025 6 AT (°c) Taux 1 15 100 14,5 96,7 14 93,3 13 86,7 12 80 11 73,3 10 66,7 9 60,0 a 53,3 7 46,7 6 40,0 5 33,3 4 26,7 3 20,0 2 13,3 1 6,7 0 0,0 Tableau 1 Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, l'unité prend en 5 compte outre la grandeur AT = Tint - Tcons, une notion de durée de fonctionnement du système d'apport de froid entre la dernière ouverture des portes du camion et une nouvelle ouverture de ces portes. Pour cela, l'unité évalue par exemple le temps écoulé en position fermée, c'est-à-dire le temps écoulé entre la dernière ouverture des portes du camion et une nouvelle 10 ouverture de ces portes, par exemple par l'utilisation d'un « timer » (chronomètre, minuterie). Plus cette durée est élevée, plus le taux d'ouverture de la vanne sera réduit après la relance du système. Selon ce mode de mise en oeuvre, le système appliquera donc, en deçà de la valeur de consigne haute ATcons-H un taux d'ouverture réduit (Taux 1), par 15 rapport à ce qu'il était auparavant (Tauxo) s'exprimant de la façon suivante : - Taux 1= 131 a, AT Ou encore - Taux 1= 13 a Tauxo 3030025 7 le facteur [31 (ou [3) dépendant du temps écoulé tel qu'évoqué ci-dessus. Pour illustrer ce qui précède, le tableau 2 ci-dessous donne un exemple de mise en oeuvre de l'invention en fournissant les valeurs du coefficient [31 5 adoptées en fonction du temps écoulé (« timer » = TE) avec : = (1-(TE * 1/3)/100) Timen7E) 131 5 1 10 0.97 15 0.95 20 0.93 25 0.92 30 0.90 0.88 0.87 0.85 0.83 0.82 0,80 0.80 0,80 10 Tableau 2 On a adopté ici des conditions où l'on décide de restreindre le « timer » (TE) sur une plage de 10 à 60 minutes : en d'autres termes si TE>60 minutes 131 reste inchangé et égal à ce qu'il était à 60 minutes. On ne développera pas ici longuement la question de « remise à zéro » du « timer », question par ailleurs familière pour l'homme du métier des contrôles de procédés (remise à zéro par exemple automatiquement effectuée en phase d'arrêt prolongé du camion). 15 20 Selon un autre des modes de mise en oeuvre de l'invention, l'unité prend en compte outre la grandeur AT = Tint - Tcons, une notion de nombre 3030025 8 d'ouvertures de portes intervenues durant une période donnée (par exemple depuis la fin de la période précédente de « pull down » (descente rapide)). Selon ce mode de mise en oeuvre, le système appliquera donc, en deça de la valeur de consigne haute ATcons-H un taux d'ouverture réduit (Taux 1), par 5 rapport à ce qu'il était auparavant (Tauxo) s'exprimant de la façon suivante : - Taux 1=y1 a, AT Ou encore - Taux 1= y a Tauxo Ou bien, s'il prend en compte les deux aspects de temps écoulés entre 10 deux ouvertures de portes et de nombres d'ouvertures intervenues sur une période donnée : -Taux 1 = yl pl ai AT OU - Taux 1 = y P a Tauxo 15 On ne développera pas ici longuement le fait que l'homme du métier est par ailleurs familier des systèmes qui lui permettent de détecter une ouverture de portes sur de tels camions : - par exemple par un contacteur de porte (qui permet d'émettre un signal 20 et d'aller ainsi incrémenter un compteur de nombre d'ouvertures) ; - le système peut aussi comptabiliser le nombre d'ouvertures de porte en mesurant la remontée en température intérieure dans la caisse puis la descente en température de celle-ci lors de sa fermeture. Et l'identification d'un arrêt prolongé peut être effectuée par la différence de température entre la 25 température intérieure de la caisse et la température extérieure ; si cette différence avoisine par exemple 5 °C on peut considérer que l'on est dans le cas d'un arrêt prolongé et à partir de ce constat ordonner la remise à zéro du compteur. 30 Pour illustrer ce mode de réalisation, on donne dans ce qui suit un exemple de mise en oeuvre effectuée dans les conditions suivantes : 3030025 9 - on prend en compte un compteur d'ouverture de portes qui peut varier de 1 à 12 (au-delà de 12 ouvertures de portes la variable restera bloquée sur 12). - on limite la fermeture de la vanne de 2% par ouverture de porte, ce que 5 l'on illustre par le tableau 3 ci-dessous qui fournit les valeurs correspondantes du coefficient y1 (y1 = 1-(Compteur * 0,02), si Compteur>12 alors y1 reste à la valeur adoptée pour le compteur égal à 12). Compteur 1 0.98 2 0.96 3 0.94 0.92 7 0.90 6 0.88 0.86 8 0_84 9 0.82 10 0.80 11 0.78 12 0.76 10 Tableau 3 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés pour lesquels : 15 la figure 1 est une représentation schématique partielle d'une installation CTI conforme à la pratique actuelle (art antérieur). - la figure 2 est une représentation schématique de la caisse interne à un camion de transport selon l'art antérieur, comportant ici deux chambres de stockage de produits, et permettant notamment de mieux visualiser le 20 fonctionnement des échangeurs et la position des sondes de température T1. - la figure 3 est une représentation schématique partielle d'une installation CTI conforme à la présente invention. - la figure 4 montre les courbes de température (différence de température AT = Tint - Tuis) et de consommation au cours du temps pour 3030025 10 deux modes de régulation différents, basées sur deux taux maximum d'ouverture de la vanne proportionnelle (Tmax1 REVENDICATIONS1. Méthode de gestion de l'alimentation en liquide cryogénique d'un camion de transport de produits thermosensibles, du type où le camion est muni : - d'au moins une chambre (20) de stockage des produits, - d'une réserve d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide, - d'un système d'échangeur thermique (3) interne à ladite au moins une chambre, dans lequel circule le fluide cryogénique, - d'un système de circulation d'air, par exemple de type ventilateurs (21), apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec les parois froides du système d'échangeur thermique, - de capteurs de température (T1) aptes à déterminer la température de l'atmosphère interne à ladite au moins une chambre (Tint) ; - ainsi que d'une unité de gestion et de commande, apte à réguler la température interne Tint à une valeur de consigne Tcnns en ordonnant une fermeture ou ouverture, ou le degré de telles ouverture/fermeture, d'une vanne proportionnelle (10) située en aval du système d'échangeur d'une chambre considérée ; se caractérisant en ce que 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 d'au moins une des dites chambres de la manière suivante : - on détermine la grandeur AT = Tint - Tunis ; - et dès que AT est inférieur à une valeur de consigne haute AT'ns_Fi on ordonne la fermeture ou la diminution de l'ouverture de ladite vanne située en aval du système d'échangeur de la chambre considérée, la valeur de consigne haute AT'ns_Fi étant inférieure ou égale à 20°C, et préférentiellement inférieure ou égale à 15°C. 3030025 17 2. Méthode de gestion selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la chambre considérée transporte des produits surgelés et en ce que dès que AT est inférieur à une valeur de consigne haute congélation ATcons_H_ cong on ordonne la fermeture ou la diminution de l'ouverture de ladite vanne 5 située en aval du système d'échangeur de la chambre considérée, ATcons-H-cong étant supérieure ou égale à 10 °C , préférentiellement supérieure ou égale à 15°C, par exemple égale à 15°C +/- 5°C. 3. Méthode de gestion selon la revendication 1, se caractérisant en 10 ce que la chambre considérée transporte des produits frais et en ce que dès que AT est inférieur à une valeur de consigne haute frais ATcons-H-frais on ordonne la fermeture ou la diminution de l'ouverture de ladite vanne située en aval du système d'échangeur de la chambre considérée, ATcons-H-frais étant supérieure ou égale à 2 °C , préférentiellement supérieure ou égale à 5°C, par 15 exemple égale à 5°C +/- 3°C. 4. Méthode de gestion selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que l'unité prend en compte, outre la grandeur AT = Tint - Tcons, un paramètre de durée de fonctionnement de l'alimentation en fluide 20 cryogénique entre la dernière ouverture des portes du camion et une nouvelle ouverture de ces portes, par l'évaluation du temps écoulé en position fermée, c'est-à-dire le temps écoulé entre la dernière ouverture des portes du camion et une nouvelle ouverture de ces portes. 25 5. Méthode de gestion selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que l'unité prend en compte de plus un paramètre de nombre d'ouvertures de portes intervenues durant une période donnée de la tournée du camion, par exemple depuis la fin de la période de descente rapide intervenue précédemment. 30