FR2977658A1

FR2977658A1 - Procede et dispositif pour le transport refrigere utilisant une injection indirecte d’un liquide cryogenique et ameliorant la distribution du cryogene dans les echangeurs thermiques

Info

Publication number: FR2977658A1
Application number: FR1156163A
Authority: FR
Inventors: Mohammed Youbi-Idrissi
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2013-01-11
Anticipated expiration: 2031-07-07
Also published as: FR2977658B1; WO2013004946A1

Abstract

Un procédé et un dispositif de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, du type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans un système d'échangeur thermique (HX1 , HX2, ...HXn...) interne à la (ou les) chambre(s) de stockage des produits, où l'on dispose d'un distributeur commun (1) à tous les échangeurs du système d'échangeur, en amont du système d'échangeur, distributeur commun que l'on alimente en cryogène à partir d'une réserve de fluide cryogénique ; et se caractérisant en ce que : - on prélève (3) dans le distributeur commun, au sein de la phase liquide située en partie basse de ce distributeur, pour aller alimenter en ce liquide les échangeurs du système d'échangeur ; - on prélève (4) dans le distributeur commun, au sein de la phase gazeuse située en partie haute du distributeur, pour aller alimenter en cette phase gazeuse un échangeur additionnel (30) interne à une desdites chambres de stockage.

Description

La présente invention concerne le domaine du transport et de la distribution de produits thermosensibles, tels les produits pharmaceutiques et les denrées alimentaires. Dans ce domaine, le froid nécessaire au maintien en température des produits est fourni principalement par deux technologies différentes : - les groupes frigorifiques à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée ; - les groupes cryogéniques fonctionnant en boucle ouverte et mettant en oeuvre une injection directe ou indirecte de fluides cryogéniques dans l'espace comportant les produits, et en particulier d'azote liquide.

La présente invention s'intéresse plus particulièrement aux solutions cryogéniques à injection indirecte. Dans de telles solutions, le fluide cryogénique est acheminé depuis un réservoir cryogénique embarqué sur le camion frigorifique (en général en dessous du camion) jusqu'à un ou plusieurs échangeurs thermiques situés à l'intérieur de la ou les chambres froides du camion, échangeurs munis de moyens de circulation d'air. Ces échangeurs permettent le refroidissement de l'air interne à 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.

Le fluide cryogénique stocké dans le réservoir - à une pression donnée- est généralement à l'état liquide saturé ou légèrement sous-refroidi. Avant son arrivée dans les échangeurs, il traverse (par exemple depuis sa positon située dessous le camion) un ensemble de canalisations, de coudes, de vannes de régulation, d'orifices calibrés, ... etc. qui sont plus ou moins isolés. Cette traversée cause non seulement une baisse de pression du fluide mais surtout une vaporisation partielle de ce fluide cryogénique, due à des entrées inévitables de chaleur dans le circuit entre le réservoir et les échangeurs. La fraction massique du liquide qui se transforme en vapeur avant d'atteindre les échangeurs dépend de la nature du circuit (longueur de canalisation, nombres de coudes, de vannes, ...) et de la qualité de son isolation (sous vide, mousse injectée, couche polyuréthane ou autre). On peut avancer que le taux de vaporisation est d'au moins de 10/0 mais peut atteindre des niveaux supérieurs à 10%.

L'alimentation des échangeurs se fait alors non plus avec un liquide saturé ou sous-refroidi (liquide franc) mais avec un mélange dit « diphasique ». On comprend alors bien que lorsqu'il s'agit d'alimenter plusieurs modules d'échangeurs, comme cela est pratiqué couramment dans les camions de transports actuels, on assiste à des problèmes bien connus de mauvaise distribution du fluide dans les échangeurs, responsable d'une baisse des performances thermiques des échangeurs et d'une consommation inutile de cryogène.

Parmi les solutions déjà proposées par la littérature pour résoudre ce problème de distribution on peut citer par exemple celle consistant à mettre en oeuvre une rampe de distribution (ou distributeur) commune à tous les échangeurs : le stockage alimente la rampe, rampe dont partent toutes les canalisations d'alimentation de tous les échangeurs du camion (cette solution est illustrée par la figure 1 annexée). Néanmoins, pour assurer un bon fonctionnement de l'ensemble, il faut que la rampe/distributeur soit de grand volume, volume qui inévitablement se remplira en grande partie de vapeur et entrainera les mêmes inconvénients signalés plus haut si la fraction massique de vapeur augmente. Aussi, en présence d'un tel distributeur, le fonctionnement des échangeurs est instable puisque il se remplie et se vide régulièrement de vapeur, avec des risques de remonté de pression du réservoir du fait du retour de gaz dans ce dernier.

La présente invention souhaite alors proposer une solution technique permettant d'améliorer la distribution du cryogène dans les échangeurs utilisés dans le transport frigorifique de produits mettant en oeuvre une injection indirecte.

Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, selon la présente invention, qui concerne un procédé et un dispositif de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, du type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans un système d'échangeur thermique interne à la (ou les) chambre(s) de stockage des produits, on dispose d'un distributeur commun à tous les échangeurs du système d'échangeur, en amont du système d'échangeur, distributeur commun que l'on alimente en cryogène à partir d'une réserve de fluide cryogénique ; et où : - on prélève dans le distributeur commun, au sein de la phase liquide située en partie basse de ce distributeur, pour aller alimenter en ce liquide les échangeurs du système d'échangeur ; - on prélève dans le distributeur commun, au sein de la phase gazeuse située en partie haute du distributeur, pour aller alimenter en cette phase gazeuse un échangeur additionnel interne à une desdites chambres de stockage.

Plus précisément, l'invention met en oeuvre les caractéristiques suivantes : - tout comme dans l'art antérieur décrit ci-dessus, on utilise un distributeur commun à tous les échangeurs, situé en amont des échangeurs, distributeur commun dont partent toutes les canalisations d'alimentation des échangeurs du camion. - le stockage de cryogène alimente en liquide cryogénique ce 30 distributeur commun. - le distributeur commun comporte donc (comme tous les dispositifs de stockage de fluides cryogéniques tels l'azote liquide) une phase liquide du cryogène dans sa partie inférieure, et une phase gazeuse du cryogène en question dans sa partie supérieure. - les canalisations d'alimentation des échangeurs sont alors connectées au distributeur de façon à ce que leur extrémité amont s'étende à l'intérieur du distributeur, jusqu'à être immergée au sein de la phase liquide du cryogène, afin de pouvoir prélever de cette phase liquide pour aller alimenter les échangeurs du système d'échangeur du camion. - on dispose en outre d'un échangeur additionnel interne à une des chambres de stockage du camion, et d'une canalisation additionnelle, connectée en sa partie amont au distributeur en, de façon à ce que sa partie amont s'étende à l'intérieur du distributeur jusqu'à être immergée au sein de la phase gazeuse du cryogène, sa partie aval étant connectée au dit échangeur additionnel pour permettre son alimentation en ladite phase gazeuse. - le gaz obtenu en sortie de cette surface additionnelle d'échange est rejeté avec l'extérieur, par exemple de façon indépendante ou en rejoignant la canalisation de rejet des phases gaz obtenues en sorties des autres échangeurs ayant été traversés par le cryogène liquide.

Comme il apparaitra clairement à l'homme du métier, cet échangeur additionnel i.e. cette surface d'échange additionnelle peut être intégrée à un module d'échangeur existant dans la chambre, par exemple en y ajoutant une spire, ou bien peut être conçue de façon indépendante des modules d'échangeurs existant dans la ou les chambres de stockage et prendre alors la forme d'un module indépendant ajouté.

On l'aura donc compris à la lecture de ce qui précède, l'arrangement proposé par la présente invention permet d'une part d'alimenter le ou les échangeurs en un liquide franc ou substantiellement franc, en évitant l'alimentation en fluide diphasique, et d'autre part de valoriser l'énergie contenue dans la phase gazeuse que sépare naturellement le distributeur, en envoyant cette phase gazeuse dans un échangeur séparé mais intégré à l'espace contenant les produits à transporter.

Contrairement à ce que produisaient les systèmes de l'art antérieur, l'arrangement proposé ici permet de garantir une puissance frigorifique équivalente entre les modules d'échangeurs (pas de déséquilibre) et un bon rendement des échangeurs.

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 principal dans lequel circule le fluide cryogénique, - 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 du système d'échangeur thermique principal, et où : - on dispose d'un distributeur commun à tous les échangeurs du système d'échangeur, en amont du système d'échangeur, distributeur commun que l'on alimente en cryogène à partir de ladite réserve de fluide cryogénique ; - on dispose d'un système de canalisations, connectées en leur partie amont au distributeur commun et en leur partie aval à l'un des échangeurs du système d'échangeur ; et se caractérisant en ce que : - lesdites canalisations sont connectées au distributeur de façon à ce que leur extrémité amont s'étende à l'intérieur du distributeur, jusqu'à être immergée au sein de la phase liquide du cryogène, afin de pouvoir prélever de cette phase liquide pour aller alimenter les échangeurs du système d'échangeur ; - on dispose en outre d'un échangeur additionnel interne à une desdites chambres de stockage, - on dispose d'une canalisation additionnelle, connectée au distributeur en sa partie amont, de façon à ce que sa partie amont s'étende à l'intérieur du distributeur jusqu'à être immergée au sein de la phase gazeuse du cryogène, sa partie aval étant connectée au dit échangeur additionnel pour permettre son alimentation en ladite phase gazeuse.

L'invention concerne également un dispositif de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, camion 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 principal dans lequel circule le fluide frigorifique, - 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 de l'échangeur thermique principal, le dispositif comprenant de plus : - un distributeur commun à tous les échangeurs du système d'échangeur, en amont du système d'échangeur, distributeur commun apte à être alimenté en cryogène à partir de ladite réserve de fluide cryogénique ; - un système de canalisations, connectées en leur partie amont au distributeur commun et en leur partie aval à l'un des échangeurs du système d'échangeur ; et se caractérisant en ce que : - lesdites canalisations sont connectées au distributeur de façon à ce que leur extrémité amont s'étende à l'intérieur du distributeur, jusqu'à être immergée au sein de la phase liquide du cryogène, afin de pouvoir prélever de cette phase liquide pour aller alimenter les échangeurs du système d'échangeur ; - il comprend en outre un échangeur additionnel interne à une desdites chambres de stockage ; - il comprend en outre une canalisation additionnelle, connectée au distributeur en sa partie amont, de façon à ce que sa partie amont s'étende à l'intérieur du distributeur jusqu'à être immergée au sein de la phase gazeuse du cryogène, sa partie aval étant connectée au dit échangeur additionnel pour permettre son alimentation en ladite phase gazeuse.

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 : - la figure 1 est une vue schématique partielle d'un dispositif selon l'art antérieur. - les figures 2 et 3 illustrent par des vues schématiques partielles des modes de réalisation de dispositifs conformes à l'invention.

Sur la figure 1 n'ont pas été détaillées la structure du camion lui-même ainsi que la ou les chambres (internes au camion) de stockage des produits à transporter. Mais on reconnaît sur la figure 1 la présence des éléments suivants : - une réserve (10) d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide, traditionnellement située sous le camion. - un système d'échangeur thermique principal comprenant un ou plusieurs modules échangeurs (HX1, HX2,...HXn..), échangeurs situés à l'intérieur de la ou les chambres de stockage interne(s) au camion (et notamment répartis à l'intérieur des chambres quand elles sont plusieurs selon les caractéristiques frigorifiques recherchées, les produits transportés etc...), aptes à être alimentés en cryogène à partir de la réserve 10. - un système de circulation d'air, par exemple comme ici de type ventilateurs (les signes 00 sur la figure 1), situés dans la partie haute des modules, aptes à mettre en contact l'air interne à la chambre avec les parois froides du système d'échangeur thermique principal. - un distributeur commun (1) à tous les échangeurs du système d'échangeur, en amont du système d'échangeur, distributeur commun que l'on alimente en cryogène à partir de la réserve 10 de fluide cryogénique ; - on dispose d'un système de canalisations (6), connectées en leur partie amont au distributeur commun et en leur partie aval à l'un des échangeurs du système d'échangeur.

En l'occurrence, pour chacun des modules, le fluide cryogénique monte dans la spire centrale (canalisation 6) et redescend sous forme gazeuse dans les deux spires adjacentes 7, pour rejoindre une canalisation unique 2 d'évacuation des phases gazeuses de tous les échangeurs vers un évent 20.

On a déjà décrit abondamment dans la description ci-dessus les inconvénients et disfonctionnements associés à cette structure conforme à l'art antérieur (distribution de fluide diphasique, inhomogénéité de ce qui parvient aux différents modules d'échangeurs, mauvais rendement des échangeurs etc....), on n'y reviendra donc pas ici. Ces inconvénients étant liés au manque de volume du distributeur 1 et/ou au fait que les branchements des canalisations 6 de prélèvement sur le distributeur 1 sont quelconques.

Venons-en alors maintenant aux figures 2 et 3 qui illustrent quant à elles, par des vues schématiques partielles, deux modes de réalisation de dispositifs conformes à l'invention.

La figure 2 permet de bien visualiser ce qui fait la spécificité de 20 l'invention. Ici encore, on reconnaît sur la figure 2 la présence des éléments suivants : - une réserve (10) d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide, traditionnellement située sous le camion. 25 - un système d'échangeur thermique principal comprenant un ou plusieurs modules échangeurs (HX1, HX2,...HXn..) aptes à être alimentés en cryogène à partir de la réserve 10. - un système de circulation d'air, par exemple comme ici de type ventilateurs (les signes 00 sur la figure 2), situés dans la partie haute des 30 modules, aptes à mettre en contact l'air interne à la chambre avec les parois froides du système d'échangeur thermique principal. - un distributeur commun (1) à tous les échangeurs du système d'échangeur, en amont du système d'échangeurs, distributeur commun que l'on alimente en cryogène à partir de la réserve 10 de fluide cryogénique. - le distributeur commun 1 possède un volume (conduite, capacité « tampon »), permettant de dégager une phase liquide dans sa partie basse et une phase gazeuse dans sa partie haute, et l'on dispose d'un système de canalisations (3), connectées en leur partie amont au distributeur commun et en leur partie aval à l'un des échangeurs du système d'échangeur, les canalisations 3 étant connectées au distributeur de façon à ce que leur extrémité amont s'étende à l'intérieur du distributeur, jusqu'à être immergée au sein de la phase liquide du cryogène comme le montre bien la figure 2, afin de pouvoir prélever de cette phase liquide pour aller alimenter les échangeurs du système d'échangeur. - on visualise sur cette figure 2 la présence d'une surface d'échange additionnelle, constituée ici par une spire additionnelle 30 située au sein du dernier module d'échange HXn. Grace à une canalisation additionnelle 4, connectée au distributeur en sa partie amont, de façon à ce que sa partie amont s'étende à l'intérieur du distributeur jusqu'à être immergée au sein de la phase gazeuse du cryogène, on alimente la spire 30 en cette phase gazeuse. - pour chacun des modules, le fluide cryogénique monte dans la spire centrale (canalisations 3) et redescend sous forme gazeuse dans les deux spires adjacentes, pour rejoindre une canalisation unique 2 d'évacuation des phases gazeuses de tous les échangeurs vers un évent 20.

On note également que la phase gazeuse sortant par la partie haute de la spire 30 rejoint ici également la canalisation d'évacuation 2.

On ne détaillera alors pas ici le mode de la figure 3, très proche de celui de la figure 2, où le liquide est récupéré par le bas, par le dessous du distributeur 1, via une canalisation 3 « coudée », le même effet étant, en tout état de cause recherché et obtenu.

Claims

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 (10) d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide, - d'un système d'échangeur thermique principal (HX1, HX2,...HXn..) dans lequel circule le fluide cryogénique, - 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 du système d'échangeur thermique principal, et où : - on dispose d'un distributeur commun (1) à tous les échangeurs du système d'échangeur, en amont du système d'échangeur, distributeur commun que l'on alimente en cryogène à partir de ladite réserve de fluide cryogénique ; - on dispose d'un système de canalisations (3), connectées en leur partie amont au distributeur commun et en leur partie aval à l'un des échangeurs du système d'échangeur ; et se caractérisant en ce que : - lesdites canalisations (3) sont connectées au distributeur de façon à ce que leur extrémité amont s'étende à l'intérieur du distributeur, jusqu'à être immergée au sein de la phase liquide du cryogène, afin de pouvoir prélever de cette phase liquide pour aller alimenter les échangeurs du système d'échangeur ; - on dispose en outre d'un échangeur additionnel (30) interne à une desdites chambres de stockage, - on dispose d'une canalisation additionnelle (4), connectée au distributeur en sa partie amont, de façon à ce que sa partie amont s'étende à l'intérieur du distributeur jusqu'à être immergée au sein de la phase gazeuse du cryogène, sa partie aval étant connectée au dit échangeur additionnel pour permettre son alimentation en ladite phase gazeuse.
2. Procédé de transport de produits thermosensibles selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur additionnel est constitué par une surface d'échange additionnelle intégrée à un des modules échangeur dudit système d'échangeur, par exemple par l'ajout d'une spire dans le module échangeur considéré.
3. Procédé de transport de produits thermosensibles selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur additionnel est constitué par un module d'échange supplémentaire ajouté, indépendant des modules échangeur du dit système d'échangeur principal.
4. Dispositif de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, camion muni : - d'au moins une chambre de stockage des produits, - d'une réserve (10) d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide, - d'un système d'échangeur thermique principal (HX1, HX2...HXn ) dans lequel circule le fluide frigorifique, - 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 20 froides de l'échangeur thermique principal, le dispositif comprenant de plus : - un distributeur commun (1) à tous les échangeurs du système d'échangeur, en amont du système d'échangeur, distributeur commun apte à être alimenté en cryogène à partir de ladite réserve (10) de fluide cryogénique ; 25 - un système de canalisations (3), connectées en leur partie amont au distributeur commun et en leur partie aval à l'un des échangeurs du système d'échangeur ; et se caractérisant en ce que : - lesdites canalisations (3) sont connectées au distributeur de façon à ce 30 que leur extrémité amont s'étende à l'intérieur du distributeur, jusqu'à être immergée au sein de la phase liquide du cryogène, afin de pouvoir prélever decette phase liquide pour aller alimenter les échangeurs du système d'échangeur ; - il comprend en outre un échangeur additionnel (30) interne à une desdites chambres de stockage ; - il comprend en outre une canalisation additionnelle (4), connectée au distributeur en sa partie amont, de façon à ce que sa partie amont s'étende à l'intérieur du distributeur jusqu'à être immergée au sein de la phase gazeuse du cryogène, sa partie aval étant connectée au dit échangeur additionnel pour permettre son alimentation en ladite phase gazeuse.
5. Dispositif de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'échangeur additionnel est constitué par une surface d'échange additionnelle intégrée à un des modules échangeur du dit système d'échangeur, par exemple par l'ajout d'une spire dans le module échangeur considéré.
6. Dispositif de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'échangeur additionnel est constitué par un module d'échange supplémentaire ajouté, indépendant des modules échangeur du dit système d'échangeur. -----------------------