La présente invention concerne d'une part le domaine du transport et de la distribution de produits thermosensibles, tels les produits pharmaceutiques et les denrées alimentaires.

Mais l'invention s'intéresse de façon beaucoup plus large aux procédés pour transférer de la puissance frigorifique (frigories) à des produits, permettant de maintenir la température des produits à un niveau requis, dans des véhicules de transport ou non (autres espaces de stockage et maintien).

S'agissant par exemple du domaine du transport, le froid nécessaire au maintien de 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 œuvre une injection directe ou indirecte d'un fluide cryogénique et en particulier d'azote liquide ou le dioxyde de carbone.

La présente invention s'intéresse plus particulièrement aux groupes frigorifiques de froid mécanique dans l'objectif d'améliorer leurs performances, ceci comme on le verra par l'incorporation d'un circuit cryogénique.

En effet, un groupe frigorifique destiné au transport sous température dirigée est généralement dimensionné pour répondre aux besoins frigorifiques lors de la décente en température de la caisse (chambre de stockage des produits) dans laquelle il est installé) intervenant au démarrage de la tournée et/ou après les fermetures des portes (intervenant après une ouverture pour charger, décharger des produits etc., ...) pour garantir un retour rapide à la température de consigne et respecter ainsi au mieux la chaîne du froid. En dehors de ces conditions spécifiques très demandeuses de puissance frigorifique (on parle dans ce domaine technique de « frigories »), c'est-à-dire dans les phases de maintien de température, portes de la caisse fermées, le groupe se trouve très largement surdimensionné.

Or, un groupe frigorifique surdimensionné est un groupe économiquement moins compétitif pour l'opérateur de ce camion car d'une part il coûtera plus cher à l'achat, et que d'autre part, de par sa taille, un groupe frigorifique surdimensionné nécessite un moteur thermique plus grand qui consomme alors d'avantage de fuel pendant toute les phases de son fonctionnement.

La présente invention souhaite alors proposer une solution technique pour optimiser la puissance requise d'un groupe frigorifique destiné au transport frigorifique, et qui permette notamment : de sous dimensionner le groupe frigorifique tout en disposant d'une puissance frigorifique suffisante quand le camion fonctionne en charge partielle (maintien de température) ; - de pouvoir compléter les besoins frigorifiques lors du fonctionnement en pleine charge (descente rapide, ouvertures de portes) grâce à la présence d'un système cryogénique intégré ; d'optimiser la consommation et la performance énergétique des deux circuits frigorifique et cryogénique.

Dans cet objectif, la présente invention concerne un véhicule de transport de produits thermosensibles en camion réfrigéré, de type où le froid nécessaire au maintien de la température des produits à un niveau requis est fourni par une technologie de groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, véhicule muni :

- d'au moins une chambre de stockage des produits,

- d'un groupe frigorifique de froid mécanique dans lequel circule un fluide frigorigène, groupe comprenant :

i) un évaporateur/batterie froide ;

j) un compresseur, apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température, k) un condenseur, apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ;

I) un détendeur, apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide ;

se caractérisant en ce que le véhicule est muni des éléments suivants :

- d'une réserve d'un fluide cryogénique tel le CO ₂ liquide ou l'azote liquide,

- d'un évaporateur cryogénique en connexion de fluide avec ladite réserve pour pouvoir recevoir ledit fluide cryogénique ;

- d'un échangeur/désurchauffeur, situé dans ladite boucle de froid mécanique entre le compresseur et le condenseur, échangeur/désurchauffeur apte à réaliser un échange thermique entre les fluides suivants :

a) le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et

b) ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique.

L'invention concerne également un procédé de transport de produits thermosensibles en véhicule réfrigéré, de type où le froid nécessaire au maintien de la température des produits à un niveau requis est fourni par une technologie de groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, véhicule muni :

- d'au moins une chambre de stockage des produits,

- d'un groupe frigorifique de froid mécanique dans lequel circule un fluide frigorigène, groupe comprenant :

i) un évaporateur/batterie froide ;

j) un compresseur, apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température,

k) un condenseur, apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ; I) un détendeur, apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide ;

et se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes :

- le véhicule est muni d'une réserve d'un fluide cryogénique tel le CO ₂ liquide ou l'azote liquide et d'un évaporateur cryogénique en connexion de fluide avec ladite réserve pour pouvoir recevoir ledit fluide cryogénique ;

- on réalise un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique.

L'invention pourra par ailleurs adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- on réalise ledit échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique ; dans un échangeur/désurchauffeur, situé dans ladite boucle de froid mécanique entre le compresseur et le condenseur.

- le véhicule est muni, de plus, d'un échangeur/surchauffeur, positionné dans ladite boucle de froid mécanique entre l'évaporateur/batterie froide et le compresseur, échangeur/surchauffeur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide et avant son arrivée dans le compresseur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/désurchauffeur.

- le véhicule est muni, de plus, d'un échangeur/sous-refroidisseur, positionné dans ladite boucle de froid mécanique entre le condenseur et le détendeur, échangeur/sous-refroidisseur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de condenseur et avant son arrivée dans le détendeur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/surchauffeur.

- selon un des modes de mise en œuvre de l'invention, l'évaporateur cryogénique et l'évaporateur/batterie froide du circuit de froid mécanique sont deux évaporateurs indépendants, chacun muni de ses propres moyens de ventilation. - selon un autre des modes de mise en œuvre de l'invention, l'évaporateur cryogénique et l'évaporateur/batterie froide du circuit de froid mécanique sont un seul et même évaporateur, muni de ses moyens de ventilation, et scindé en deux circuits indépendants de circulation du cryogène d'une part et du fluide frigorigène d'autre part.

Comme il apparaîtra clairement à l'homme du métier à la lecture de ce qui précède, la solution technique proposée par la présente invention repose sur le fait qu'en sortie d'évaporateur cryogénique le gaz passe dans au moins un échangeur, préférentiellement dans deux échangeurs successifs et encore plus préférentiellement dans 3 échangeurs successifs : l'échangeur désurchauffeur, placé entre le refoulement du compresseur et l'entrée du condenseur : cette disposition permet de refroidir le fluide frigorigène refoulé par le compresseur, ce qui est bénéfique non seulement pour le rendement du compresseur et sa consommation électrique mais aussi pour le condenseur qui voit sa température d'entrée en baisse. Ceci a pour conséquence un condenseur davantage chargé en fluide frigorigène, et donc, à surface d'échange équivalente, cela se traduit par quelques degrés de sous refroidissement additionnel, donc de puissance frigorifique additionnelle au niveau de l'évaporateur frigorifique. l'échangeur surchauffeur, placé entre la sortie de l'évaporateur frigorifique et l'entrée du compresseur. Cet échangeur, par exemple constitué de deux tubes coaxiaux, est alimenté avec les gaz cryogéniques sortant de l'échangeur /désurchauffeur à des températures relativement élevées par rapport à celle des vapeurs en sortie de l'évaporateur, se trouvant généralement surchauffées de 3 à 8 degrés par rapport à la température d'évaporation du fluide frigorigène dans l'évaporateur. Il en résulte une élévation de la température des vapeurs du fluide frigorigène issues de l'évaporateur/batterie froide, c'est-à-dire une surchauffe additionnelle avant qu'elles ne soient aspirées par le compresseur. Cette surchauffe permet de réduire celle de l'évaporateur frigorifique à un niveau bas, ce qui est bénéfique pour son fonctionnement car cela permet d'avoir une puissance frigorifique additionnelle. En sortie de cet échangeur/surchauffeur, le cryogène subit un refroidissement. Si le pincement de température de cet échangeur est bien optimisé, les gaz cryogéniques peuvent sortir à une température avoisinant les -5°C (notamment dans le cas du transport de surgelés). Il est alors avantageux de ne pas les rejeter mais au contraire de les utiliser pour sous-refroidir le liquide frigorigène en sortie de condenseur, ce qui est fait dans le 3 ^e échangeur dit « sous-refroidisseur » proposé selon un des modes de l'invention. l'échangeur sous-refroidisseur : placé entre la sortie du condenseur et l'entrée du détendeur. Cet échangeur est alimenté avec les gaz cryogéniques sortant de l'échangeur « surchauffeur ». L'échange thermique entre le fluide frigorigène en sortie du condenseur et les gaz cryogéniques obtenus en sortie de surchauffeur permet un sous-refroidissement additionnel du fluide frigorigène. Le fluide frigorigène étant maintenant sous-refroidi, il pénètre dans le détendeur pour subir une détente isenthalpique. Ainsi, toute la puissance injectée au niveau du sous-refroidisseur sera récoltée au niveau de l'évaporateur frigorifique.

Selon un des modes préférés de mise en œuvre de l'invention, le circuit de l'évaporateur du froid cryogénique est alimenté en cryogène (azote liquide, CO2 liquide ou autre) uniquement quand la température de l'air interne à la caisse est suffisamment supérieure à celle de la température de consigne souhaitée dans la caisse du camion (par exemple avec un écart d'au moins 5°C). Comme on l'a dit, le fluide cryogénique mis en œuvre peut être de l'azote liquide, de l'air liquéfié, du CO2 liquide ou tout autre fluide. Dans le cas du CO2, une étape de détente est nécessaire pour rendre le CO2 (généralement stocké à 20bar/-20°C) à un état thermodynamique plus favorable à cette utilisation, c'est-à- dire à une pression proche de 6bar et une température de saturation correspondante d'environ -53°C.

On l'a donc compris, quand il est alimenté, l'évaporateur cryogénique fournit une puissance frigorifique additionnelle, le cryogène livre son énergie à l'air et se réchauffe en sortie d'échangeur. Tenant compte d'un pincement optimisé de cet échangeur (la notion de pincement d'un échangeur est bien connue de l'homme du métier cryogéniste et nous ne la développerons pas à nouveau ici), les gaz en sortie d'évaporateur cryogénique peuvent être à une température de -25°C dans le cas de produits surgelés transportés dans la caisse. Ce niveau de température bas peut alors être valorisé dans différents endroits du circuit frigorifique comme développé plus haut.

La présente invention concerne également un procédé pour transférer de la puissance frigorifique (frigories) à des produits, permettant de maintenir la température des produits à un niveau requis, procédé du type où le froid nécessaire au maintien de la température des produits à un niveau requis est fourni par une technologie de groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, groupe frigorifique de froid mécanique dans lequel circule un fluide frigorigène et qui comprend :

i) un évaporateur/batterie froide (1 );

j) un compresseur (2), apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température,

k) un condenseur (3), apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ;

I) un détendeur (4), apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide ;

se caractérisant en ce que selon la position de la température des produits par rapport à une température de consigne souhaitée ou de l'air environnant les produits par rapport à une température de consigne souhaitée, on fournit une puissance frigorifique additionnelle au produits par la mise en œuvre des mesures suivantes :

- on dispose d'une réserve (5) d'un fluide cryogénique tel le CO ₂ liquide ou l'azote liquide,

- on dispose d'un évaporateur cryogénique (6) en connexion de fluide avec ladite réserve pour pouvoir recevoir ledit fluide cryogénique ;

- on alimente l'évaporateur cryogénique en fluide cryogénique et on réalise un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et ledit fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique.

Comme on l'aura compris à la lecture de toute la description précédente, on fournit typiquement la puissance frigorifique additionnelle au produits quand la température des produits ou de l'air environnant les produits est suffisamment supérieure à celle d'une température de consigne souhaitée, par exemple avec un écart d'au moins 5°C. La figure 1 annexée est une représentation schématique partielle d'une installation conforme à l'invention, on reconnaît sur la figure 1 les éléments suivants :

- un groupe frigorifique à compression mécanique de vapeur fonctionnant en boucle fermée, équipant le véhicule (le véhicule en lui même n'est pas représenté), comprenant :

- un évaporateur/batterie froide 1 ;

- un compresseur 2, apte à comprimer le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide pour élever sa pression et sa température,

- un condenseur 3, apte à recevoir le fluide comprimé en sa sortie de compresseur ; et

- un détendeur 4, apte à traiter le fluide en sortie de condenseur afin d'abaisser sa pression et sa température, avant qu'il soit réacheminé dans ladite batterie froide.

Conformément à l'invention, l'installation comporte :

- une réserve 5 d'un fluide cryogénique tel le CO2 liquide ou l'azote liquide, traditionnellement située sous le véhicule ;

- un évaporateur cryogénique 6 en connexion de fluide avec le stockage 5 pour pouvoir recevoir le fluide cryogénique ;

- un échangeur/désurchauffeur 7, situé dans la boucle de froid mécanique entre le compresseur 2 et le condenseur 3, échangeur/désurchauffeur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de compresseur, avant son arrivée dans le condenseur, et le fluide cryogénique en sortie d'évaporateur cryogénique 6. La figure 1 illustre un mode de réalisation de l'invention où outre la présence de l'échangeur/désurchauffeur 7, l'installation comporte avantageusement deux autres échangeurs :

- un échangeur/surchauffeur 8, positionné dans la boucle de froid mécanique entre l'évaporateur/batterie froide 1 et le compresseur 2, échangeur/surchauffeur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de batterie froide et avant son arrivée dans le compresseur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/désurchauffeur.

- un échangeur/sous-refroidisseur 9, positionné dans la boucle de froid mécanique entre le condenseur et le détendeur, échangeur/sous-refroidisseur apte à réaliser un échange thermique entre le fluide frigorigène obtenu en sortie de condenseur et avant son arrivée dans le détendeur, et le fluide cryogénique obtenu en sortie d'échangeur/surchauffeur.

Et pour mieux comprendre l'invention, les deux tableaux suivants donnent l'état de température, de pression et d'enthalpie pour un exemple de fonctionnement d'une telle installation conforme à la figure 1 , aux principaux points de cette installation, dans le circuit du fluide frigorigène (R404A) et dans le circuit du cryogène (CO ₂ liquide).

Tableau 1 : données thermodynamiques du circuit frigorifique (R404A) Point T(°C) P(bar) h(kJ/kg)

a -20 20 156

b -53 6 156

c -25 5,95 457

d -20 5,9 462

e 46 5,85 520

f -5 5,8 475

g 30 5,75 506

Tableau 2 : données thermodynamiques du circuit cryogénique (CO ₂ )

On a pu démontrer que l'enchaînement du circuit cryogénique en trois échangeurs successifs permet de : valoriser les gaz en sortie de l'évaporateur cryogénique jusqu'à 40% de puissance additionnelle ; booster la puissance frigorifique du groupe mécanique et améliorer le coefficient de sa performance en maximisant sa puissance frigorifique et abaissant sa puissance consommée par le compresseur.

En d'autres termes, en utilisant la présente invention, avec un groupe frigorifique de taille inférieure, on peut atteindre, voire dépasser les performances du groupe frigorifique de taille standard. On comprend que cela impacte positivement à la fois le CAPEX (coût d'investissement plus faible) et l'OPEX (moins de consommation de fuel, maintenance plus faible) de l'ensemble. L'installation ne requière, dans son mode de mise en œuvre le plus complet, que trois échangeurs simples, par exemple coaxiaux, en plus d'un échangeur cryogène/air qui peut être de type tube et ailettes standard, ainsi qu'un réservoir cryogénique, qui peut être de taille beaucoup plus petite que ce que nécessiterait une solution 100% cryogénique.