Brevet FR3083596A1 — publié le 20200110

La présente invention concerne le domaine des équipements cryogéniques dédiés à la production du froid pour des applications agro-alimentaires. Les tunnels ou cellules cryogéniques de surgélation ainsi que les camions de transport réfrigéré sont des exemples de tels équipements. Pour ces équipements, en fin de processus, sont rejetées de fortes quantités de gaz froids, azote ou CO2 par exemple, à des températures allant typiquement de -100°C à -20°C. Ces gaz froids rejetés renferment alors une quantité d'énergie significative qu'il 10 serait intéressant de valoriser. A titre d'exemple, un tunnel de surgélation d'une capacité de 500 kg/h fonctionnant à -100°C et dont la consommation d'azote est de lkg d'azote par kilo de produit rejette (sans valorisation) 500 kg/h d'azote à -80°C, soit une puissance frigorifique d'environ 12 kW à 5°C. 15 Le même tunnel fonctionnant au CO2 et avec la même hypothèse de consommation spécifique rejette sans valorisation une puissance frigorifique de 8kW. Toujours à titre illustratif, pour un camion de transport réfrigéré fonctionnant au CO2, 13 kW de froid sont rejetés à chaque remplissage de son échangeur de chaleur en 20 neige carbonique. Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une méthode permettant de valoriser de tels rejets. 25 Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, on propose selon la présente invention de récupérer et stocker ces rejets de gaz froids, renfermant encore des puissances frigorifiques significatives, dans un lit granulaire, par exemple de gravier, contenu dans un réservoir thermiquement isolé, en vue d'une utilisation ultérieure. 30 Cette solution de stockage d'énergie en milieu granulaire qui peut alors être mise en oeuvre dans un lit de roches, de gravier ou encore de sable (mais cette liste n'est qu'illustrative), présente de nombreux avantages, parmi lesquels : 2 - le type de matériau envisagé ici possède une capacité calorifique élevée et une bonne conductivité ; - le matériau est disponible aisément, en grande quantité, et à faible coût ; - la conception du dispositif elle-même peut être simple et robuste ; - cette conception ne fait pas appel à des ressources naturelles rares ou à des produits non respectueux de l'environnement. Le matériau granulaire a alors pour fonction d'emmagasiner le froid des gaz récupérés, par conducto-convection entre le milieu granulaire et les gaz qui circulent au sein de l'espace poreux. La présente invention concerne alors un procédé de récupération et stockage de tout ou partie des frigories des gaz froids rejetés par un équipement cryogénique utilisé pour la production de froid pour une application agro-alimentaire, selon lequel on récupère tout ou partie des gaz froids rejetés par l'équipement considéré et l'on dirige les gaz froids récupérés dans un réservoir thermiquement isolé contenant un lit d'un milieu granulaire. Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, on met en oeuvre les trois étapes suivantes : - i) une phase dynamique de charge durant laquelle le fluide de transfert, à savoir ici les rejets de gaz froids récupérés, échange avec le milieu granulaire du réservoir, - j) une phase passive de stockage du froid (des frigories), durant laquelle la température froide est maintenue, aux pertes thermiques près, au sein du milieu granulaire contenu dans le réservoir thermiquement isolé. et - k) une phase dynamique de transfert du froid vers l'équipement destinataire (l'utilisation que l'on a nommée ci-dessus « utilisation ultérieure ») à l'aide d'un fluide de transfert, par exemple de l'azote gazeux. Selon un des modes de mise en oeuvre de l'invention, on dispose d'un réservoir de milieu granulaire, par exemple de gravier, qui est mutualisé pour recevoir et stocker J les rejets de gaz froids provenant de plusieurs sources (par exemple plusieurs tunnels ou encore comme exemplifié en figure 1 annexée ci-après en provenance d'un tunnel (X) et d'un camion frigorifique (Y)). Une fois le lit de gravier (disposé en une ou en plusieurs couches) saturé en frigories, il pourra être mis à disposition de l'équipement demandeur de froid. Selon un autre des modes de mise en oeuvre de l'invention, on dispose d'un réservoir de milieu granulaire, par exemple de gravier, qui se présente sous la forme de packs modulables (autrement dit de lits granulaires superposés et démontables 10 indépendamment), avec des admissions de gaz froids dans chaque pack. Une fois que le pack (lit) de rang i est saturé en frigories, le froid est dirigé vers le pack de rang i+1 et ainsi de suite jusqu'au dernier module. Cette flexibilité permet, d'une part de minimiser les pertes de charge au sein du lit et ainsi d'augmenter l'efficacité du stockage, d'autre part d'autoriser la simultanéité de charge et décharge de modules. La proximité du pack 15 support du froid de son point d'utilisation permettra avantageusement de réduire la distance d'acheminement de la charge frigorifique et ainsi d'obtenir un meilleur rendement. Une alternative avantageuse de l'invention est de disposer le réservoir de stockage sur des roulettes afin de permettre son acheminement aisé vers le point d'utilisation. 20 La figure 2 ci-après illustre un exemple d'une telle configuration avec plusieurs packs 10 superposés, alimentés ici par les gaz froids provenant d'un tunnel cryogénique (X), d'une armoire de stockage (Z), et d'un camion frigorifique (Y). Le gravier utilisé pourra être du quartz, matériau qui a déjà fait ses preuves pour 25 des applications de stockage d'énergie thermique solaire. On pourrait aussi envisager l'utilisation d'un autre milieu de stockage tel que des copeaux d'aluminium recyclés, REVENDICATIONS1. Procédé de récupération et stockage de tout ou partie des frigories des gaz froids rejetés par un équipement cryogénique (X, Y, Z) utilisé pour la production de froid pour une application agro-alimentaire, selon lequel on récupère tout ou partie des gaz froids rejetés par l'équipement considéré et l'on dirige les gaz froids récupérés dans un réservoir thermiquement isolé contenant un lit d'un milieu granulaire (10), par exemple de gravier, en vue d'une utilisation ultérieure de ces frigories. 10 2. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que l'on récupère les frigories ainsi stockées, pour un équipement utilisateur, en faisant transiter dans le réservoir un fluide de transfert, par exemple de l'azote gazeux. 15 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que l'on dispose d'un réservoir de milieu granulaire, par exemple de gravier, qui est mutualisé pour recevoir et stocker les rejets de gaz froids provenant de plusieurs sources, par exemple de plusieurs tunnels cryogéniques, et en ce que une fois le milieu granulaire saturé en frigories, il est mis à disposition d'un équipement demandeur de froid. 20 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que l'on dispose d'un réservoir de milieu granulaire, par exemple de gravier, qui se présente sous la forme de plusieurs lits granulaires indépendants et modulables, aptes chacun à recevoir des gaz froids en provenance d'un équipement cryogénique différent, et en ce 25 que une fois qu'un des lits est saturé en frigories, le froid est dirigé vers un autre des lits de l'ensemble, le lit saturé pouvant alors être mis à disposition d'un équipement demandeur de froid. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en 30 ce que le milieu granulaire est constitué de roches, ou de gravier, ou de sable, ou de copeaux métalliques, ou encore d'une association de plusieurs matériaux. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, se caractérisant en ce que le milieu granulaire est constitué d'une association de plusieurs tailles de particules granulaires. 7. Procédé selon la revendication 4, se caractérisant les lits sont constitués d'un même milieu granulaire, mais présentant des tailles de particules granulaires différentes. 8. Installation de récupération et stockage de tout ou partie des frigories des gaz froids rejetés par un équipement cryogénique utilisé pour la production de froid pour une application agro-alimentaire, qui comprend un réservoir thermiquement isolé contenant un lit d'un milieu granulaire, ainsi que des moyens permettant de diriger les gaz froids récupérés dudit équipement cryogénique dans le réservoir thermiquement isolé, en vue d'une utilisation ultérieure de ces frigories. 9. Installation selon la revendication 8, se caractérisant en ce que le réservoir de milieu granulaire, par exemple de gravier, est mutualisé, par le fait qu'il est apte à recevoir et stocker les rejets de gaz froids provenant de plusieurs sources, par exemple de plusieurs tunnels cryogéniques, et en ce que une fois le milieu granulaire saturé en frigories, il est apte à être mis à disposition d'un équipement demandeur de froid. 10. Installation selon la revendication 8, se caractérisant en ce que le réservoir de milieu granulaire, par exemple de gravier, se présente sous la forme de plusieurs lits granulaires indépendants et modulables, aptes chacun à recevoir des gaz froids en provenance d'un équipement cryogénique différent, et en ce que une fois qu'un des lits est saturé en frigories, il peut être affecté au refroidissement d'un équipement demandeur de froid. 11. Installation selon l'une des revendications 8 à 10, se caractérisant en ce que le milieu granulaire est constitué de roches, ou de gravier, ou de sable, ou de copeaux métalliques, ou encore d'une association de plusieurs matériaux.