Brevet FR3046668A1 — publié le 20170714

La présente invention concerne le domaine des armoires utilisées pour la surgélation ou le stockage de produits alimentaires, médicaux ou biologiques, utilisant un gaz cryogénique comme fluide de refroidissement, et elle s'intéresse plus particulièrement au système d'extraction des gaz équipant de telles armoires et qui en est un élément important. En effet, on peut rappeler que lorsque l'armoire fonctionne, elle est refroidie grâce à l'injection d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide ou le CO2 liquide à l'intérieur de l'enceinte fermée de l'appareil, ce fluide est la source de froid et son passage de l'état liquide à l'état gazeux s'accompagne d'un phénomène d'expansion du gaz. Ce gaz liquéfié se vaporise dans l'enceinte et doit ensuite être évacué de la machine vers l'extérieur du local de production. Pour ce faire, on utilise souvent un tube d'extraction (sorte de cheminée) qui relie l'enceinte à l'extérieur du bâtiment. Le gaz s'échappe alors naturellement de l'enceinte vers l'extérieur. La légère surpression créée dans l'enceinte permet de faire circuler le gaz vers l'extérieur de l'enceinte. Dans d'autres cas, les gaz sont mis en circulation de manière active. Sur ce tube est alors implantée une extraction active (ventilateur, turbine...) qui permet d'aspirer les gaz vers l'extérieur. Lorsque l'armoire est neuve et qu'elle fonctionne correctement, le système énoncé ci-dessus fonctionne très bien. En revanche, après un certain temps, les conditions de fonctionnement dérivent légèrement d'un fonctionnement idéal. En effet, on constate qu'avec le temps, les joints de la ou les porte(s) des armoires cryogéniques deviennent moins étanches car aucun matériau ne supporte les températures très basses des surgélateurs cryogéniques sans devenir à terme rigide ou cassant. Ils laissent alors passer une quantité plus ou moins grande de gaz ce qui peut dans les cas les plus extrêmes mener à une anoxie (manque d'oxygène) ou à une intoxication (gaz carbonique) des personnels présents dans le local de production. Pour éviter cela, les sites sont contraints de changer les joints très souvent, ce qu'en pratique, avouons le, ils ne font pas, et les armoires de surgélation cryogéniques fonctionnent alors avec des joints imparfaits. 3046668 2 Lorsque les locaux de production sont convenablement ventilés on peut considérer que cette petite fuite de gaz causée par des joints imparfaits ne pose pas de problème critique, les fuites de gaz sont ventilées grâce à la 5 ventilation du local et l'installation peut fonctionner sans risque. En revanche, lorsque la ventilation du local de production ne permet pas d'évacuer cette fuite de gaz vers l'extérieur, alors deux solutions sont utilisées de manière courante : - La première solution consiste à installer un système de chauffage 10 permanent des joints de manière à éviter qu'ils ne descendent trop bas en température et qu'ils perdent leurs propriétés élastiques. Les joints restent alors flexibles et étanches plus longtemps que lorsqu'ils sont soumis aux basses températures. Le problème de fuite est alors retardé sans être supprimé, ce qui peut parfois convenir. Cependant cette technique a un cout 15 non négligeable. - La deuxième solution consiste à installer une extraction active (ventilateur dans le tube d'extraction, voir plus haut), qui va permettre de créer une dépression à l'intérieur de l'enceinte cryogénique. Ainsi, les fuites constatées au niveau des joints de portes ne vont plus se traduire par une 20 sortie de gaz dans le local de production mais par une entrée d'air dans l'enceinte de surgélation. Le surgélateur ne laisse alors plus sortir de gaz dans le local de production et la petite entrée d'air dans l'appareil ne perturbe en rien le procédé de surgélation dans la mesure où cette entrée d'air reste à un niveau limité. 25 Ainsi, pour compenser l'imperfection d'étanchéité des joints de portes et supprimer le problème de fuite de gaz qui est lié, on installe une extraction active. Cette dernière se compose d'un ventilateur installé dans le tube d'extraction, d'une alimentation électrique et d'un système de commande qui déclenche son fonctionnement lorsque cela est nécessaire. Tout cet ensemble 30 a un cout non négligeable dans le cout total de l'installation de surgélation et lorsque cela est possible, une installation sans extraction active sera toujours préférée par le site de production. 3046668 3 Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention s'attache à proposer une solution technique qui a pour objectif de s'affranchir du problème des joints de portes des armoires cryogéniques, à un 5 coût négligeable. Pour cela, on propose d'utiliser les ventilateurs naturellement présents dans les armoires de surgélation (la fonction première de ces ventilateurs est de brasser l'air dans l'armoire et ainsi contribuer à l'échange thermique s'y produisant) de telle sorte qu'ils continuent à réaliser cette fonction première 10 mais qu'ils réalisent en plus une fonction d'extraction active des gaz vers l'extérieur. La solution proposée comporte un volet (volet dont le cout est négligeable), situé à l'entrée du tube d'extraction dans l'armoire de surgélation, volet s'étendant vers l'intérieur de l'armoire, et dont la forme, la position et 15 l'orientation permettent de tirer partie des turbulences créées par les ventilateurs. Lorsque les ventilateurs fonctionnent, les turbulences créées sont en partie déviées par le volet vers le tube d'extraction, poussant ainsi les gaz vers l'extérieur de l'enceinte et créant ainsi une dépression à l'intérieur de l'enceinte de surgélation. 20 La forme et l'orientation de ce volet vont être choisis en fonction du type de ventilateurs utilisés dans l'armoire et de leur sens (horaire ou antihoraire) de fonctionnement. Par ailleurs, ce volet doit être étudié pour perturber le moins possible le processus de surgélation de l'armoire (étudié par exemple par modélisation ou 25 encore tout simplement par des essais sur armoire réelle), notamment pour vérifier que le volet apporte l'effet recherché qui est de créer une dépression à l'intérieur de l'armoire, que le volet ne perturbe par trop la circulation de l'air dans la cellule et qu'il ne dégrade pas le coefficient de transfert thermique dans l'armoire de surgélation. 30 Les figures annexées illustrent quatre exemples de réalisation de ces volets, suivant que l'extraction est située en bas ou en haut de l'armoire de 3046668 4 surgélation et suivant que les ventilateurs tournent dans le sens horaire ou antihoraire. - en figure 1 annexée on constate (sur la vue de gauche , tube d'extraction non équipé d'un volet), que les turbulences créées par les 5 ventilateurs passent devant l'entrée du tube d'extraction (situé en partie basse de l'armoire), tandis qu'alors à l'aide du volet positionné à l'entrée du tube d'extraction vers l'intérieur de l'armoire de surgélation (vue du milieu), au moins une partie des turbulences s'engouffrent dans l'entrée du tube d'extraction (vue de droite). Le volet a ici une forme de « classeur » ou « d'écope ». 10 - en figure 2 annexée on constate (sur la vue de gauche , tube d'extraction non équipé d'un volet), qu'ici encore les turbulences créées par les ventilateurs passent devant l'entrée du tube d'extraction, et qu'alors à l'aide du volet positionné à l'entrée du tube d'extraction vers l'intérieur de l'armoire de 15 surgélation (vue du milieu), au moins une partie des turbulences s'engouffrent dans l'entrée du tube d'extraction (vue de droite). Ici encore le volet a une forme de « classeur » ou « d'écope ». - la figure 3 annexée illustre une situation de fonctionnement horaire 2 0 des ventilateurs, et où l'extraction est située en haut de l'armoire de surgélation. Ici encore grâce au volet positionné au niveau de l'entrée du tube d'extraction vers l'intérieur de l'armoire de surgélation (vue du milieu), au moins une partie des turbulences s'engouffrent dans l'entrée du tube d'extraction (vue de droite). Le volet a ici une forme de cylindre tronqué. 25 - et la figure 4 annexée illustre une situation de fonctionnement antihoraire des ventilateurs, et où l'extraction est située à nouveau en haut de l'armoire de surgélation. Ici encore grâce au volet positionné au niveau de l'entrée du tube d'extraction vers l'intérieur de l'armoire de surgélation (vue du 30 milieu), au moins une partie des turbulences s'engouffrent dans l'entrée du tube d'extraction (vue de droite). Le volet a ici une forme de « tube coudé ». 3046668 5 On aura bien compris que les formes des volets illustrées ici ne sont que des exemples illustratifs de l'invention, et on pourra dès lors utiliser d'autres formes, mais aussi intervertir les formes dans les cas énoncés ci-dessus (on pourra par exemple utiliser un tube coudé dans la configuration de 5 la figure 1). L'invention concerne alors une armoire utilisée pour la surgélation ou le stockage de produits alimentaires, médicaux ou biologiques, utilisant un fluide cryogénique comme fluide de refroidissement, armoire du type : 10 - munie d'un ou de plusieurs ventilateurs de convection situé(s) dans l'enceinte de l'armoire et apte(s) à brasser l'air interne à l'armoire et ainsi à contribuer à l'échange thermique s'y produisant ; - et munie d'un système d'extraction des gaz formés dans l'enceinte de l'armoire du fait de la vaporisation dudit fluide cryogénique, 15 système d'extraction comportant un tube d'extraction se raccordant à une paroi de l'armoire et reliant l'enceinte à l'extérieur ; se caractérisant en ce qu'elle comporte un volet, situé sur ladite paroi, à l'entrée du tube d'extraction dans l'armoire, et s'étendant vers l'intérieur de l'armoire, volet dont la forme, la position et l'orientation permettent de dévier 20 vers le tube d'extraction tout ou partie des turbulences crées par le ou lesdits ventilateurs de convection. Les essais menés avec un système conforme à l'un des exemples évoqués ci-dessus ont montré d'excellents résultats : 25 - la dépression créée dans l'enceinte est ajustable en modifiant la vitesse des ventilateurs et peut aller jusqu'à 200Pa (2mbar). - ce dispositif réalise une action comparable à celle d'un extracteur actif (ventilateur installé dans la conduite d'extraction) tel que pratiqué selon l'art antérieur, mais sans ventilateur actif et sans ses coûts associés (le cout du 30 volet mis en oeuvre ici est tout simplement dérisoire). 3046668 6 - en pratique, cela permet de fonctionner en toute sécurité et quelles que soient les situations, avec des joints de porte imparfaits et sans fuite de gaz dans le local de production. - le procédé de surgélation n'est pas perturbé. 5 - ce système est adapté aux armoires de surgélation fonctionnant à l'azote liquide ou au CO2 liquide. Il se révélera particulièrement utile pour les applications fonctionnant au CO2 car dans ce cas, les fuites de gaz même minimes ont souvent un impact fort dans l'atelier de production et elles sont rarement tolérables. 10 REVENDICATIONS1. Armoire utilisée pour la surgélation ou le stockage de produits alimentaires, médicaux ou biologiques, utilisant un fluide cryogénique comme fluide de refroidissement, armoire du type : - munie d'un ou de plusieurs ventilateurs de convection situé(s) dans l'enceinte de l'armoire et apte(s) à brasser l'air interne à l'armoire et ainsi à contribuer à l'échange thermique s'y produisant ; - et munie d'un système d'extraction des gaz formés dans l'enceinte de l'armoire du fait de la vaporisation dudit fluide cryogénique, système d'extraction comportant un tube d'extraction (1) se raccordant à une paroi de l'armoire et reliant l'enceinte à l'extérieur ; se caractérisant en ce qu'elle comporte un volet (2), situé sur ladite paroi, à l'entrée du tube d'extraction dans l'armoire, et s'étendant vers l'intérieur de l'armoire, volet dont la forme, la position et l'orientation permettent de dévier vers le tube d'extraction tout ou partie des turbulences (3) crées par le ou lesdits ventilateurs de convection.20