Brevet FR3115586A1 — publié le 20220429

Ce système de contrôle de température comporte : -un contenant (2) ; -un dispositif de stockage et de restitution d’énergie calorifique ou frigorifique (5) placé dans le contenant, le dispositif (5) comprenant une structure creuse (8) délimitant intérieurement un volume de stockage de produit et comprenant une paroi creuse ayant au moins un volume interne à ladite paroi contenant un matériau à changement de phase (PCM); et -un dispositif de charge du matériau à changement de phase en calories ou frigories en relation d’échange thermique avec le volume interne de l’enveloppe creuse. Figure pour l’abrégé : Fig 1 Système de contrôle de température pour la conservation de produits à température contrôlée La présente invention concerne, de manière générale, la conservation de produits à température contrôlée et se rapporte en particulier à un système de contrôle de température destiné au transport de produits à température contrôlée. Dans une application, l’invention concerne le transport de médicaments à température contrôlée depuis des laboratoires fabricants vers des grossistes répartiteurs mais surtout depuis ces derniers vers les pharmacies. Mais bien entendu, l’invention concerne, de manière générale, le stockage ou le transport de produits de diverses natures à température contrôlée. Comme indiqué précédemment, il peut s’agir de médicaments. Mais il peut également s’agir de vaccins, de produits alimentaires congelés ou de produits alimentaires de type poisson ou viande qui, selon la nature du produit, doivent être conservés à une température ou dans une plage de températures contrôlées. En ce qui concerne le transport des produits pharmaceutiques, il est actuellement nécessaire d’utiliser des emballages isothermes ou bacs plastiques équipés d’accumulateurs de froid, notamment pour le maintien en température de produits thermosensibles, comme des vaccins. Cet équipement comporte un ensemble de deux éléments qui doivent être combinés et préparés dans des conditions particulières afin de délivrer les performances attendues en termes de température. Par exemple, pour satisfaire aux conditions strictes de maintien de certains produits pharmaceutiques entre +2°C et 8°C, ces éléments doivent être préconditionnés pour que les emballages isothermes et bacs plastiques soient stockés à +20°C et les accumulateurs de froid soient tout d’abord congelés à -20°C/-25°C puis stabilisés à - 10°C. La mise en œuvre de ce pré-conditionnement nécessite de maîtriser parfaitement la chronologie de chaque commande afin d’éviter qu’un ou plusieurs des composants ne se réchauffent trop avant la fermeture de l’emballage. Le transport de produits pharmaceutiques utilisant des emballages isothermes à accumulateurs de froid conventionnels posent un certain nombre d’inconvénients majeurs, notamment : risque de descendre les produits en dessous de +2°C si les accumulateurs de froid sont préconditionnés à une température trop froide ; risque de descendre les produits en dessous de +2°C si les accumulateurs de froid sont positionnés trop près des produits à transporter ; utilisation d’un nombre de matériels relativement important, tels que surgélateur pour préparer les plaques, congélateur tempéré pour les stocker… nombre de manipulations des plaques important, chaque préparateur devant manipuler quatre à six éléments à chaque fois ; nécessité, de la part des chauffeurs routiers, après livraison des pharmacies, de manipuler tous les éléments pour les regrouper ; au retour sur le site, les éléments doivent être manipulés pour être mis dans des paniers puis des chariots pour entrer en surgélation, puis encore manipulés pour être transportés en cellules froides de stockage ; les accumulateurs de froid créent de la condensation de surface qui peut chuter sur les médicaments durant le transport et les endommager ; les éléments successivement manipulés s’abîment très vite et nécessitent un remplacement régulier ; les espaces occupés par les accumulateurs de froid constituent un volume utile de transport qui n’est pas disponible pour les médicaments ; et en fonction de chaque saison, ou de chaque variation de température extérieure, il faut adapter la charge en frigories des accumulateurs de froid dans l’emballage afin de ne pas risquer de produire trop de froid ou à l’inverse, de manquer d’énergie frigorifique et donc d’autonomie pour la fin du transport. Lorsqu’un transport aérien est mis en œuvre, une partie au moins des problèmes précités se pose également. Dans ce cas, toutefois, les durées de transport et les volumes transportés sont accrus. Il a été proposé de pallier tout ou partie des inconvénients précités en utilisant des systèmes de transport actif destinés à être raccordés à un réseau d’alimentation électrique ou branchés sur batterie. Un tel système peut présenter de très bonnes performances, mais demeure très lourd et très onéreux. L’utilisation d’accumulateurs de froid est également avantageuse, mais elle génère des déchets importants qu’il est nécessaire de traiter. Au vu de ce qui précède, le but de l’invention est de proposer un système de contrôle de température pour la conservation de produits à température contrôlée qui soit simple d’utilisation, autonome et réutilisable, qui permette de réduire les consommables, tout en réduisant le poids transporté, afin de permettre des économies de carburant et des réductions de gaz à effets de serre. Un autre but de l’invention est de proposer un système de contrôle de température pour la conservation de produits à température contrôlée qui puisse être utilisé par tous, notamment par des particuliers. L’invention a donc pour objet un système de contrôle de température pour la conservation de produits à température contrôlée, comprenant : -un contenant, -un dispositif de stockage et de restitution de l’énergie calorifique ou frigorifique placé dans le contenant, le dispositif comprenant une structure creuse délimitant intérieurement un volume de stockage de produit et comprenant une paroi creuse ayant au moins un volume interne à ladite paroi contenant un matériau à changement de phase (PCM) ; et -un dispositif de charge du matériau à changement de phase en calories ou frigories, en relation d’échange thermique avec le volume interne de la paroi de la structure creuse. Dans un mode de réalisation, le contenant comprend un corps et un couvercle, la structure creuse constituant une enveloppe qui recouvre la paroi interne du corps et qui comprend un volume interne pour le matériau à changement de phase s’étendant sur une partie de la paroi interne du corps. Avantageusement, le volume interne s’étend en regard d’au moins une face du corps, de préférence, une, deux ou 5 faces. Le matériau à changement de phase couvre ainsi au minimum au face du corps. Selon une autre caractéristique du système de contrôle de température conforme à l’invention, le dispositif de charge comprend un échangeur thermique s’étendant dans le volume interne à la paroi de la structure creuse et raccordé à une station de charge externe apte à produire de l’énergie calorifique ou frigorifique et à alimenter l’échangeur thermique en fluide caloporteur chargé en calories ou frigories. Par exemple, l’échangeur thermique comprend un serpentin raccordé à la station de charge par un circuit fluidique équipé d’une pompe réversible. Avantageusement, le système de contrôle de température comprend des moyens d’alimentation de l’échangeur thermique en air sec pulsé pour vider l’échangeur thermique en fin de cycle de charge. Dans un mode de réalisation, le conteneur comprend une paroi isotherme. En outre, de préférence, la structure creuse comprend extérieurement un isolant thermique. La structure creuse peut être réalisée en matériau thermiquement conducteur. Dans divers modes de réalisation, le matériau à changement de phase est choisi de manière à présenter un palier de température de changement de phase situé dans la plage de températures de conservation du produit. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : est une vue en coupe d’un système de contrôle de température conforme à l’invention ; est une vue en perspective de dessus du contenant équipé du dispositif de stockage de restitution d’énergie du système de la ; illustre l’échangeur thermique du dispositif de charge du système de la ; et montre un exemple de station de charge raccordée à l’échangeur thermique de la . On se référera tout d’abord aux figures 1 et 2 qui illustrent schématiquement un dispositif de contrôle de température conforme à l’invention, désigné par la référence numérique générale 1. Ce système est destiné à la conservation de produits à température contrôlée. Dans une application particulièrement intéressante, ce système est destiné à conserver des médicaments à température constante, par exemple des médicaments lors de leur transfert depuis les laboratoires fabricants vers les grossistes répartiteurs, mais surtout depuis ces derniers vers les pharmacies. Le système comporte essentiellement un contenant 2 comprenant un corps 3 et un couvercle 4, et un dispositif 5 de stockage et de restitution d’énergie calorifique ou frigorifique placé dans le contenant 2 et destiné à être chargé de calories ou de frigories et à les restituer aux produits stockés dans le contenant 2, lors du transport. Le corps 3 est par exemple parallélépipédique, ici de forme évasée. Il comporte un fond 6 et quatre parois périphériques 7 dressées à partir du fond, qui délimitent avec le fond un volume de stockage de produits et sur lesquelles repose le couvercle 4 en position fermée. Le corps 3 est par exemple réalisé en matière plastique ou en métal. En fonction de l’application envisagée, par exemple en fonction de la durée de transport, par exemple pour des durées supérieures à 12 heures, le contenant 2 peut être isotherme. En ce qui concerne le dispositif 5 de stockage et de restitution de calories ou de frigories, celui-ci comporte une structure creuse 8 qui recouvre intérieurement le corps 3 et qui comporte une paroi creuse, réalisée en un matériau thermiquement conducteur, par exemple en métal, et comprenant intérieurement un volume interne 9 dans lequel est placé un échangeur de chaleur 10, visible sur la . L’échangeur 10 comporte un serpentin 11 raccordé à deux connecteurs externes 12 et 13, lui-même raccordé à un circuit fluidique (non représenté) équipé d’une pompe réversible pour le raccordement de l’échangeur de chaleur 10, en particulier du serpentin 11 à une station de charge S ( ). Le volume interne 9 de la structure creuse 8 est par ailleurs rempli d’un matériau à changement de phase ou PCM (pour « Phase Change Material », en anglais), de préférence un liquide à changement de phase, en relation d’échange thermique avec l’échangeur thermique 10 et avec le volume de stockage de produits. Le PCM est par exemple placé à demeure dans le volume interne, lors de la fabrication. Tel qu’illustré, selon les applications, un isolant 14 recouvre extérieurement la structure creuse 8, en étant interposé entre cette structure 8 et le corps 3. L’utilisation d’un isolant entre la structure creuse 8 et le corps 3 est avantageuse dans le cas de durée de transport longue, typiquement supérieure à 12 heures. La nature de l’isolant utilisé est avantageusement déterminée en fonction de la durée de transport et du budget alloué à la réalisation du système de contrôle 1. On pourra par exemple utiliser du polystyrène expansé, du polyuréthane, un Panneau Isolant sous Vide (PIV). Par ailleurs, dans le mode de réalisation visible sur les figures 1 et 2, le dispositif 5 de stockage et de restitution de calories et/ou de frigories recouvre l’ensemble des faces du corps, à savoir le fond 6 et les quatre faces latérales du corps. De même, le volume interne 9 de la structure creuse 8 s’étend en regard des cinq faces du contenant 2, à savoir le fond 6 et les quatre parois latérales. Le dispositif 5 constitue dès lors une enveloppe qui recouvre les cinq faces du contenant 2. Il est également possible, en variante, afin d’optimiser les coûts de réalisation du système, de prévoir que cette enveloppe, à savoir la structure creuse 8, ne recouvre qu’une, deux, trois ou quatre faces du contenant 2. Il est également possible, selon d’autres modes de réalisation, de réaliser la structure creuse en un matériau thermiquement conducteur, par exemple en métal, qui recouvre les cinq faces du contenant 2, tandis que le volume interne 9 n’est pratiqué qu’en regard d’une partie des faces du contenant, par exemple en regard de deux faces du contenant, les autres faces du dispositif 5 de stockage et de restitution de calories ou de frigories étant mises en température par conduction thermique. On notera que le dispositif 5 est calibré, selon l’application, selon son épaisseur de paroi, le type de matériau à changement de phase et la masse de matériau à changement de phase emplissant le volume interne 9. Par exemple, on pourra utiliser un matériau à changement de phase PCM+22°C constitué d’un mélange de composés non organiques et d’additifs avec un point de fusion à 22°C ou un matériau PCM +20°C, qui présente une température de changement de phase à +18,5°C, pour le transport de médicaments à température ambiante ; un matériau OM 03 constitué d’un mélange de composés organiques avec un point de fusion à 3,5°C, pour le stockage ou le transport de médicaments tels que les insulines ; un matériau PCM 05, comprenant de l’alcool N-décanol, à 98% avec un point de fusion à 5,8°C pour le transport de vaccins ; un matériau PCM -21°C comprenant un mélange aqueux à base de sels minéraux et avec un point de fusion à -21°C pour le transport de produits alimentaires congelés ; ou de l’eau minérale, par exemple issue du réseau de ville, avec un point de fusion à -0°C pour le transport de produits alimentaires tels que le poisson ou la viande, pour un maintien en température entre 0 et +2°C. En d’autres termes, on choisira un matériau PCM ayant un changement de phase à un palier de température situé dans la plage, ou au milieu de la plage, de températures de conservation du produit. Ainsi, par exemple, l’utilisation du matériau PCM05 est avantageuse pour le transport de médicaments thermosensibles, tels que les vaccins ou l’insuline, à des températures requises par les réglementations entre +2 et +8°C. Comme indiqué précédemment, avant utilisation, le dispositif de stockage et de restitution de calories ou de frigories doit être préalablement chargé, c’est-à-dire refroidi ou chauffé, selon l’application. Pour mettre en œuvre cette phase de charge préalable, l’échangeur thermique 10 est raccordé, grâce aux connecteurs 12 et 13, au circuit fluidique dans lequel circule un fluide caloporteur qui est lui-même chargé en calories ou frigories par la station de charge S. On pourra par exemple utiliser en tant que fluide caloporteur ou frigoporteur de l’eau glycolée ou un fluide à base de paraffine. On notera que, lors de la charge, la température du fluide circulant dans le serpentin 11 présente un écart de température relativement important par rapport à la température de changement d’état du matériau PCM. Par exemple, pour le transport de médicaments à température ambiante, on pourra utiliser un matériau PCM +20°C, qui présente une température de changement de phase à +18,5°C. Le liquide PCM présent dans le volume interne 9 de la structure creuse 8 est liquide à des températures supérieures à 18,5°C et est solide à des températures inférieures à +18,5°C. Afin de donner des performances accrues au système selon l’invention, la chaleur latente du matériau PCM est utilisée pendant les phases d’absorption et de restitution d’énergie, l’enthalpie latente étant très importante. Par conséquent, pour charger le matériau PCM +20°C, le fluide frigoporteur circulant dans le serpentin est porté à 0°C, par exemple. Cet écart de température important entre le point de changement d’état du matériau PCM et le fluide frigoporteur permet de procéder à une charge en frigories de manière très rapide, par exemple en environ 2 minutes. Cet écart de température permet donc un gain de temps très important. Bien que le système selon l’invention nécessite une phase de charge préalable, cette phase est ainsi très courte. On notera par ailleurs que grâce à l’utilisation d’une pompe réversible, à l’issue de cette phase de charge, le serpentin est vidé, le transport du système se faisant avec un échangeur thermique vidé. Par exemple, le circuit fluidique est équipé d’un circuit d’alimentation du serpentin en air sec pulsé, afin de vider l’échangeur après la phase de charge. On notera enfin que la diffusion de l’énergie emmagasinée puis diffusée s’effectue à la température exacte à laquelle les produits doivent être transportés. Ainsi, les produits insérés dans le contenant 2 peuvent être en contact direct avec les parois du dispositif 5, sans aucun risque de choc thermique ou risque de descendre en dessous de la température limite inférieure, comme c’est le cas avec les accumulateurs de froid standards actuellement utilisés. En outre, le volume interne du contenant peut être optimisé. On notera enfin que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit. En effet, dans le mode de réalisation décrit précédemment, le dispositif de stockage et de restitution d’énergie calorifique ou frigorifique comporte une seule structure creuse délimitant intérieurement un volume interne empli d’un matériau PCM en relation d’échange thermique avec un échangeur thermique. Il est également possible, en variante, de prévoir une structure creuse comprenant une paroi comprenant deux volumes internes séparés, raccordés chacun à un connecteur externe 13 et emplis chacun d’un matériau PCM ayant des températures de changements de phase différents. Ce mode de réalisation permet de mettre en œuvre des transports successifs avec des niveaux de températures différents pour l’utilisation d’un même système de contrôle de température pour le transport de produits différents. A titre d’exemple nullement limitatif, un tel système peut être utilisé un premier jour pour le transport de sang à +30°C et le jour suivant pour le transport de médicaments anticancéreux à +12°C. Dans ce cas, comme dans les modes de réalisation décrits précédemment, les deux matériaux PCM seront placés en relation d’échange thermique avec un échangeur thermique commun qui est utilisé pour assurer la charge sélective des matériaux PCM respectivement placés dans les volumes internes 9 de la structure creuse. Système de contrôle de température pour la conservation de produits à température contrôlée, caractérisé en ce qu’il comporte : -un contenant (2) ; -un dispositif de stockage et de restitution d’énergie calorifique ou frigorifique (5) placé dans le contenant, le dispositif (5) comprenant une structure creuse (8) délimitant intérieurement un volume de stockage de produit et comprenant une paroi creuse ayant au moins un volume interne à ladite paroi contenant un matériau à changement de phase (PCM); et -un dispositif de charge du matériau à changement de phase en calories ou frigories en relation d’échange thermique avec le volume interne de l’enveloppe creuse. Système selon la revendication 1, dans lequel le contenant comprend un corps (3) avec un couvercle (4), la structure creuse constituant une enveloppe qui recouvre la paroi interne du corps et qui comprend un volume interne pour le matériau à changement de phase s’étendant sur une partie de la paroi interne du corps. Système selon la revendication 2, dans lequel le volume interne s’étend en regard d’au moins une face du corps, de préférence, une, deux ou 5 faces. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif de charge comprend un échangeur thermique (10) s’étendant dans le volume (9) interne à la paroi de la structure creuse et raccordé à une station de charge externe (S) apte à produire de l’énergie calorifique ou frigorifique et à alimenter l’échangeur thermique en fluide caloporteur chargé en calories ou frigories. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’échangeur thermique comprend un serpentin (11) raccordé à la station de charge par un circuit fluidique équipé d’une pompe réversible. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant des moyens d’alimentation de l’échangeur thermique en air sec pulsé pour vider l’échangeur thermique en fin de cycle de charge. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le contenant comprend une paroi isotherme. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la structure creuse comprend extérieurement un isolant thermique (14). Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la structure creuse est réalisée en matériau thermiquement conducteur. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le matériau à changement de phase est choisi de manière à présenter un palier de température de changement de phase situé dans la plage de températures de conservation du produit.