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Patent Searching and Data


Title:
HEAT EXCHANGER FOR THE CRYOGENIC TRANSPORTATION OF HEAT-SENSITIVE PRODUCTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/156708
Kind Code:
A1
Abstract:
A heat exchanger able to perform an exchange between air and carbon dioxide ice, characterized in that it comprises the following elements: - at least one sheet of a metal foam or of a metal wool, the foam or wool being characterized by a given level of voids or porosity, which sheet is able to store a given quantity of liquid CO2 or carbon dioxide ice within it; - a contact plate, secured by one of its two faces to said sheet of foam or of wool, which contact plate is able, on its other face, to be placed in contact with the air in a space that is to be cooled.

Inventors:
POIRIER, Alban (83 route de Mantes, Le Chesnay, 78150, FR)
YOUBI-IDRISSI, Mohammed (7 square Yves du Manoir, Massy, Massy, 91300, FR)
CHARVE, Etienne (7 rue Barbes, Vanves, 92170, FR)
WAGNIER, Marc (19 rue Louis Dupré, Saint Maur des Fosses, Saint Maur des Fosses, 94100, FR)
TAYLOR, Robert (Venelle des Platanes 7, Wavre, B-1300, BE)
POUCHAIN, Olivier (31 rue du Lieutenant de Monti, Reze, Reze, 44400, FR)
GIBERT, Philippe (48 Bd du Pré Galant, Villepinte, 93420, FR)
Application Number:
FR2016/050664
Publication Date:
October 06, 2016
Filing Date:
March 24, 2016
Export Citation:
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Assignee:
L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE (75 Quai d'Orsay, Paris, Paris, 75007, FR)
AIR LIQUIDE FRANCE INDUSTRIE (6 rue Cognacq Jay, Paris, 75007, FR)
International Classes:
F25D3/10; B60H1/00; F28F13/00; F28F21/08
Domestic Patent References:
WO2000047121A22000-08-17
Foreign References:
FR2969060A12012-06-22
US20010025504A12001-10-04
DE10346423A12005-05-19
JPS5952198A1984-03-26
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
MELLUL-BENDELAC, Sylvie (L'air Liquide S.A, Direction de la Propriété Intellectuelle7, Quai d'Orsay Paris Cedex 07, 75321, FR)
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Claims:
Revendications

1. Echangeur thermique apte à réaliser un échange entre de l'air et de la neige carbonique, se caractérisant en ce qu'il comporte les éléments suivants :

- au moins une plaque d'une mousse métallique ou d'une paille métallique, mousse ou paille se caractérisant par un taux de porosité ou de vide donné, plaque apte à stocker en son sein une quantité de CO2 liquide ou de neige carbonique ;

- une plaque de contact, solidaire par une de ses deux faces de ladite plaque de mousse ou de paille, plaque de contact apte, au niveau de son autre face à être mise en contact avec l'air d'un espace à refroidir.

2. Echangeur selon la revendication 1 , se caractérisant en ce que la plaque de contact est élaborée dans le même métal que la plaque de mousse ou de paille.

3. Echangeur selon la revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que la plaque métallique présente un taux de vide s'élevant à au moins 80%, et se situant préférentiel lement dans la gamme 90%-98%.

4. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que la plaque métallique présente des pores dont le diamètre s'élève à au moins 8 mm, et se situe préférentiellement dans la gamme 10 mm-14 mm.

5. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que la plaque de contact est munie, sur sa face susceptible d'être mise en contact avec l'air d'un espace à refroidir, d'ailettes placées perpendiculairement à la face considérée.

6. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que l'échangeur est muni de moyens de ventilation pour extraire le froid stocké dans la plaque métallique en convection forcée. 7. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que l'échangeur est muni de moyens permettant le chargement de la plaque métallique en neige carbonique.

8. Echangeur selon la revendication 7, se caractérisant en ce que les moyens de chargement en neige carbonique comprennent une ou des rampes d'injection par capillaires.

9. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 6, se caractérisant en ce que l'échangeur est muni de moyens permettant le chargement de la plaque métallique en CO2 liquide.

10. 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,

- et d'un système d'échangeur thermique interne à ladite au moins une chambre, dans lequel circule un fluide cryogénique ou dans lequel peut être chargé un fluide cryogénique,

se caractérisant en ce que le système d'échangeur thermique comporte au moins un échangeur air/neige carbonique conforme à l'une des revendications 1 à 9.

11. Procédé selon la revendication 10, se caractérisant en ce que le camion ou l'échangeur est muni d'un système de circulation d'air, par exemple de type ventilateurs, apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec la plaque de contact de l'échangeur air/neige carbonique.

12. Procédé selon la revendication 10, se caractérisant en ce que le camion ou l'échangeur est muni d'un système de circulation d'air, par exemple de type ventilateurs, apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec des ailettes qui sont solidaires de la plaque de contact de l'échangeur air/neige carbonique.

Description:
ECHANGEUR THERMIQUE POUR LE TRANSPORT CRYOGENIQUE DE PRODUITS THERMOSENSIBLES

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 de la 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 de fluides cryogéniques et en particulier d'azote liquide. La présente invention s'intéresse plus particulièrement aux solutions cryogéniques à injection indirecte. Dans de telles solutions, s'agissant des véhicules dont la capacité est supérieure à environ 12 m 3 , le fluide cryogénique alimentant la caisse provient traditionnellement d'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, à la température désirée, de l'air interne de la chambre stockant les produits. Mais on peut signaler aussi ce domaine du transport cryogénique met en œuvre aussi, pour certaines applications, de tout petits véhicules, petits camions, petits fourgons de livraison, pour lesquels une source cryogénique trop lourde est clairement inenvisageable. Ces petits véhicules offrent un très petit volume de stockage (typiquement voisin de 1 à 2 m 3 ) et ils effectuent des tournées de quelques heures au maximum (3 à 5 heures par exemple). En pratique ils embarquent donc une certaine masse de glace carbonique, soit posée sur le toit du véhicule, et créant un échange de frigories avec l'intérieur de la caisse au travers de la surface du toit, soit positionnée dans une cassette à l'intérieur de la caisse et échangeant avec l'intérieur de la caisse par exemple au travers d'une structure de grille. On s'intéresse dans le cadre de la présente invention en particulier à un segment important du marché du transport qui est celui de la distribution urbaine avec des petits véhicules, notamment à motorisation électrique, dont la caisse a typiquement un volume intérieur allant de 6 à 15 m 3 .

Pour de tels véhicules, un apport de frigories par froid mécanique ne peut pas répondre à la demande, ceci pour différentes raisons et notamment le fait que faire fonctionner un groupe de froid avec un réservoir de diesel pour un camion électrique est peu compatible avec les exigences environnementales actuelles, ou encore le fait qu'en terme d'optimisation du poids un groupe frigorifique de froid mécanique est très lourd. Mais un apport de frigories qui utiliserait une injection indirecte d'azote liquide ne convient clairement pas non plus, cette technologie nécessite un réservoir embarqué, une telle place n'est pas en l'espèce disponible.

Et l'on conçoit que si pour de très petits volumes de stockage (1 à 2 m 3 ), le fait de mettre un certaine quantité de neige carbonique dans une cassette et laisser s'effectuer le refroidissement par convection naturelle peut suffire, une telle démarche ne peut pas convenir pour des volumes de 10 à 15 m 3 qui nécessiteraient notamment des quantités de neige trop importantes pour assurer une tournée.

On envisage alors selon la présente invention l'utilisation de neige carbonique et la réalisation d'un échange air/neige dans un échangeur interne à la caisse et la présente invention s'attache donc à proposer un nouvel échangeur air/neige carbonique, notamment pour permettre le transport de produits nécessitant une température de consigne située dans la gamme allant de 0°C à -18°C ou moins (donc tant pour des produits frais que pour des produits surgelés). A la connaissance de la Demanderesse il n'existe pas sur le marché d'échangeurs à neige carbonique (air/neige) permettant le maintien en froid de caisses d'une capacité de l'ordre de 10 à 15 m 3 . L'échangeur proposé doit notamment pouvoir répondre aux problématiques suivantes :

- il doit donc comme on l'a dit permettre de maintenir en froid des caisses de 10 à 15 m 3 de volume ;

- il doit permettre de maintenir en froid tant des produits frais que des produits surgelés, sans risquer de congeler des produits frais qui se tiendraient en un point proche de l'échangeur ;

- la sublimation de la neige ne doit pas intervenir dans la caisse (pour éviter les problèmes d'asphyxie) ;

- son encombrement doit être minimal : le système doit être logeable dans la caisse sans entraîner une diminution sensible du nombre de palettes utiles ;

- il doit offrir une puissance sensiblement constante et réaliser une homogénéité du froid dans la caisse. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, l'invention propose un tel échangeur permettant de réaliser un échange thermique air/neige carbonique, et c'est le mérite de la présente invention d'avoir démontré qu'il est possible de répondre à un tel cahier des charge à l'aide d'un échangeur comportant une ou des plaques élaborée(s) en une mousse métallique ou en une paille métallique, dans la structure de laquelle sera stockée de la neige carbonique.

On connaît les mousses métalliques, ce sont des structures alvéolaires constituées d'un métal solide, contenant un volume important de gaz (des pores). La principale caractéristique des mousses métalliques est une porosité très élevée, couramment de 75 à 95% du volume. Elles sont commercialement disponibles, par exemple au catalogue de la société Goodfellow, mais ne sont répertoriées dans la littérature à ce jour que pour des utilisations comme absorbeurs de chocs ou comme échangeurs liquides, également dans des applications de filtration, mais à aucun moment elles n'ont été évoquées pour stocker de la neige carbonique. Et c'est donc le mérite de la présente invention d'avoir envisagé l'utilisation de telles structures pour l'élaboration d'échangeurs air/neige carbonique.

La présente invention concerne alors un échangeur thermique apte à réaliser un échange entre de l'air et de la neige carbonique, se caractérisant en ce qu'il comporte les éléments suivants :

- au moins une plaque d'une mousse métallique ou d'une paille métallique, mousse ou paille se caractérisant par un taux de porosité ou de vide donné, plaque apte à stocker en son sein une quantité de CO 2 liquide ou de neige carbonique ;

- une plaque de contact, solidaire par une de ses deux faces de ladite plaque de mousse ou de paille, plaque de contact apte, au niveau de son autre face à être mise en contact avec l'air d'un espace à refroidir. L'invention peut par ailleurs adopter l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes :

- la plaque de contact est élaborée dans le même métal que la plaque de mousse ou de paille.

- la plaque métallique (mousse ou paille) présente un taux de vide s'élevant à au moins 80%, et se situant préférentiellement dans la gamme

90%-98%.

- la plaque métallique (mousse ou paille) présente des pores dont le diamètre s'élève à au moins 8 mm, et se situe préférentiellement dans la gamme 10 mm-14mm.

- la plaque de contact est munie, sur sa face susceptible d'être mise en contact avec l'air d'un espace à refroidir, d'ailettes placées perpendiculairement à la face considérée. - l'échangeur est muni de moyens de ventilation pour extraire le froid stocké dans la plaque métallique en convection forcée, ceci afin de mettre en contact l'air d'un espace à refroidir avec la plaque de contact.

- l'échangeur est muni de moyens permettant le chargement de la plaque métallique (de tout ou partie de sa structure poreuse) en neige carbonique. Selon un mode préféré de mise en œuvre de l'invention, les moyens de chargement en neige carbonique comprennent une ou des rampes d'injection par capillaires.

- l'échangeur est muni de moyens permettant le chargement de la plaque métallique (de tout ou partie de sa structure poreuse) en CO 2 liquide.

Les expérimentations menées par la Demanderesse ont mis en évidence les avantages techniques suivants :

- la conductivité thermique de telles mousses (par exemple en aluminium) est excellente, ce qui permet de s'affranchir de la question d'atteindre ou non une parfaite homogénéité de la répartition de la neige dans la plaque. La température en tout point de la plaque, et quel que soit l'état de sublimation de la neige carbonique en différents points de cette plaque, sera sensiblement homogène.

- la mousse ou paille va emmagasiner du froid via les gaz générés durant le remplissage des pores en neige carbonique. La mouse ou paille va donc jouer le rôle d'un accumulateur de froid.

- la neige est bien « tenue » dans les porosités, ce qui permet de limiter l'impact des mouvements d'une caisse frigorifique munie d'un tel échangeur et donc limite les risques de former des mottes de neige au sein de l'échangeur.

- l'utilisation de porosités élevées laisse une place importante pour y stocker de la neige et ces porosités élevées permettent également une bonne maîtrise du poids de l'échangeur. L'invention concerne également 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'un système d'échangeur thermique interne à ladite au moins une chambre, dans lequel circule un fluide cryogénique ou dans lequel peut être chargé un fluide cryogénique, se caractérisant en ce que le système d'échangeur thermique comporte au moins un échangeur air/neige carbonique conforme à l'invention décrite ci-dessus.

Selon un des modes de mise en œuvre de l'invention, le camion ou l'échangeur est muni d'un système de circulation d'air, par exemple de type ventilateurs, apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec la plaque de contact de l'échangeur air/neige carbonique.

Selon un des modes de mise en œuvre de l'invention, le camion ou l'échangeur est muni d'un système de circulation d'air, par exemple de type ventilateurs, apte à mettre en contact l'air interne à la chambre avec des ailettes qui sont solidaires de la plaque de contact de l'échangeur air/neige carbonique.

Selon un des modes de mise en œuvre de l'invention, l'échangeur air/neige carbonique est muni de moyens permettant le chargement de la plaque métallique (de tout ou partie de sa structure poreuse) en neige carbonique. Selon un mode préféré de mise en œuvre de l'invention, les moyens de chargement en neige carbonique comprennent une ou des rampes d'injection par capillaires.

Selon un des modes de mise en œuvre de l'invention, l'échangeur air/neige carbonique est muni de moyens permettant le chargement de la plaque métallique (de tout ou partie de sa structure poreuse) en CO 2 liquide,

CO 2 liquide apte à se détendre naturellement dans la structure poreuse pour générer de la neige.

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 échangeur conforme à l'invention, tout particulièrement préféré pour le transport de produits surgelés;

la figure 2 est une vue schématique partielle d'un échangeur conforme à l'invention, tout particulièrement préféré pour le transport de produits frais.

La figure 1 est donc une vue schématique partielle d'un échangeur conforme à l'invention, tout particulièrement préféré pour le transport de produits surgelés ou pour être positionné dans la zone « surgelés » d'un camion multizones.

On reconnaît sur la figure les éléments suivants :

- l'échangeur tient dans une enveloppe d'un m 3 ;

- une plaque M de mousse métallique, par exemple en aluminium, d'épaisseur pour ce mode de réalisation voisine de 46 mm, présentant des pores d'un diamètre voisin de 10 mm et un taux de vide voisin de 85% ;

- une zone « libre » V d'une hauteur voisine de 54mm ;

- une zone « R » que l'on peut qualifier de zone de remplissage et d'extraction ;

- la partie inférieure de la plaque métallique M est bornée par une plaque de contact C apte à former une surface d'échange avec l'air de la caisse à refroidir ;

- une surface d'échange secondaire constituée par une structure l'ailettes A, portant la surface d'échange ici de 1 m 2 à 1 ,3m 2 , grâce à l'intégration de 20 ailettes droites d'une hauteur voisine de 7,5 mm, espacées d'environ 50mm, et solidaires de la plaque de contact C.

La figure 2 illustre un autre mode de réalisation d'un échangeur conforme à l'invention, qui est tout particulièrement préféré pour le transport de produits frais ou pour être positionné dans la zone « frais » d'un camion.

On reconnaît sur la figure les éléments suivants : - une plaque M de mousse métallique, par exemple en aluminium, d'épaisseur pour ce mode de réalisation voisine de 46 mm, présentant des pores d'un diamètre voisin de 10 mm et un taux de vide voisin de 85% ;

- une zone « libre » V d'une hauteur voisine de 54mm ;

- la partie inférieure de la plaque métallique M est bornée par une plaque de contact C apte à former une surface d'échange avec l'air de la caisse à refroidir ;

- une surface d'échange secondaire constituée par une structure l'ailettes A, portant la surface d'échange ici de 1 m 2 à 1 ,3m 2 , grâce à l'intégration de 20 ailettes droites d'une hauteur voisine de 7,5mm, espacées d'environ 50mm, et solidaire de la plaque de contact C ;

- la présence d'un ou de ventilateurs sur le côté de l'échangeur (zone

VT) ;

- la présence éventuelle d'une plaque isolante I pour confiner le froid dans certaines situations.

La récupération des gaz peut se faire par exemple au niveau de deux zones tampons latérales qui bloquent la neige à l'aide de tôles gantois. Ces gaz pourront ensuite être collectés et dirigés à l'extérieur.