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~l~;gq73
Woss/2s2s3 ' PCT~R95/00315
~r~M~T A DOUBLE FONCTION DE TRAN~ h~ T~ERMIQUE POUR
ENCEINTES IsoTu~pM~s ; ~:N~ : IsoT-uER-M-IQuE EQ~IPEE
D'UN TEL ~M~NT
La présente invention concerne la conservation,
dans des conditions isothermes indépendantes de toute
source d'énergie extérieure, de tous produits tels que
par exemples les aliments ou les produits
pharmaceutiques pour lesquels une température homogène
doit être obligatoirement préservée entre le moment de
leur préparation et leur utilisation par un utilisateur
final.
Ceci implique que, notamment pendant le transport
de ces produits, transport qui peut durer un laps de
temps relativement long et, dans certains cas,
atteindre plusieurs heures, cette chaîne isothermique
ne soit pas rompue.
Se pose également le problème d'un transport
simultané de produits devant imperativement être
conservés a des températures différentes, sans rupture
de leur chaîne de froid, tels les produits frais et les
produits surgelés.
Il est en effet bien connu de l'homme du métier
qu'une bonne conservation de produits alimentaires ou
pharmaceutiques est dépendante non seulement du
maintien de la température de conservation desdits
produits, mais également d'une variation minimale
autour de cette température et, en tout état de cause,
exempte de changements de phases : un produit surgelé
notamment se conservera moins bien lorsqu'il aura subi
des écarts de température importants même vers des
valeurs négatives élevées que des produits surgelés qui
sont maintenus sensiblement à la même température,
celle-ci ne devant naturellement pas être supérieure à
-18~C. De même, un produit frais devant être maintenu à
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une température de 2-4C peut subir des dommages
importants à des températures négatives.
Le problème posé, non encore résolu par la
technologie existante, était donc la mise en oeuvre
d'une enceinte isotherme autonome de toute source
d'énergie extérieure, susceptible de contenir
simultanément un ou plusieurs compartiments de taille
modulable en fonction des besoins, des compartiments
contigus présentant des températures d'ambiance
suffisamment differentes pour assurer le maintien de la
chaîne de froid tant pour des produits surgelés que
pour des produits frais, notamment des salades, fruits
ou autres.
Chaque compartiment devra assurer une température
d'ambiance constante à la fois dans le volume dudit
compartiment et dans le temps d'autonomie nécessaire au
maintient de ces enceintes hors de toute source
énergétique frigorigène extérieure, et en tout état de
cause au moins pendant une durée comprise entre O et 4
heures.
Dans tout ce qui suit, on appellera "température
constante" ou "température contrôlée" une température
d'ambiance pour laquelle les variations se situent dans
un intervalle de plus ou moins 4C autour de la
température choisie dans le compartiment de produits
frais et la variation de température se situe entre
-18C et -26C dans le compartiment de produits
congelés ; la signification du maintien d'une
temperature constante ou pratiquement constante
nonobstant les variations de la température extérieure
s'applique également aux variations dans le temps dans
un intervalle de O à 4 h pendant lequel l'enceinte est
dissociée de toute source de froid extérieure.
Le but encore de la présente invention est de
réaliser une telle enceinte isotherme comportant un
nombre quelconque de compartiments pouvant être
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maintenus individuellement à différentes températures,
ne nécessitant pas la mise en oeuvre, dans cette
enceinte, de cloisons séparatrices en matière isolante
inerte, qui créeraient un volume mort important a
l'intérieur de l'enceinte.
Les problèmes posés ci-dessus ont été résolus par
l'invention qui consiste en la mise au point d'un
élément de cloison à double face, amovible utilisable
notamment dans une enceinte isotherme, caractérisé en
ce qu'il comporte dans son épaisseur deux compartiments
contigus l'un à l'autre, le premier compartiment non
étanche est susceptible d'être rempli d'un element
frigorigène solide et sublimable, par exemple de la
carboglace, l'autre compartiment étanche, pouvant être
assimilé à un boîtier, a été rempli par un eutectique
sous forme de gel ou de mélange ou d'air ; le
compartiment contigu au boîtier étanche est pourvu
d'ouvertures réparties de fa,con sensiblement homogene
sur sa face externe de fa,con à établir des températures
dirigées différentes de part et d'autre de cet élément
de cloison, ces températures dirigés étant suffisamment
différentes pour pouvoir assurer des compartiments
aptes à contenir simultanément des produits surgelés
dans l'un et des produits frais dans l'autre, sans
rupture de la chaîne du froid pour l'ensemble des
produits considéres.
Par "eutectique", on entend dans la présente
demande tout mélange de deux corps ou plus dont la
fusion se fait à température constante. Dans ces
conditions, tant que les frigories sont apportés par la
carboglace, l'eutectique reste à une température
constante qui est sa température de fusion, qui peut
donc être déterminée par le choix du mélange eutectique
considéré, en fonction de la température d'ambiance
choisie dans le compartiment.
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La seule condition est que la température de
solidification de l'agent frigorigène (carboglace) soit
très notablement inférieure à la température de fusion
du gel ou du mélange eutectique.
Dans le cadre de la description de la présente
invention, nous utilisons de façon indifférente les
termes "eutectique", "mélange eutectique", "gel
eutectique" ou "tampon" pour caractériser la substance
(y compris l'air) qui est mise dans le boîtier étanche
et permet d'assurer et de maintenir une température
dirigee dans le compartiment contigu audit boitier
etanche sensiblement identique à la température de
fusion de ladite substance tampon ou gel.
Dans les applications les plus courantes telles
que celles qui ont été évoquées plus haut, cet agent
frigorigène sera constitué de gaz carbonique solide
sous toutes ses formes (plaquettes, sticks, pellets,
neige) dont la température de sublimation est de -78C
à la pression atmosphérique, mais on peut envisager
d'autres agents frigorigènes, dans d'autres
applications. En tout cas, cet agent frigorigene pourra
avoir pour fonctions de diriger une température, même
très basse, dans l'un des volumes de l'enceinte
isotherme et de transférer les frigories nécessaires à
travers le boîtier-tampon décrit précédemment en vue de
maintenir une autre température dirigée différente dans
un autre volume de l'enceinte isotherme, température
déterminée en fonction de l'application envisagée,
cette température etant par exemple voisine de 0C pour
le maintien d'aliments au frais.
On conçoit qu'un élément de cloison conforme à
l'invention pourra ainsi constituer dans une enceinte
isotherme au moins deux compartiments à températures
différentes: du côté de l'espace à agent frigorigene,
un compartiment de congélation à température en
principe notablement inférieure à 0C (jusqu'à -18 ou
Z18`40~3
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-25C le cas échéant) pour les produits à maintenir à
des températures négatives et du côté du boîtier-tampon
contenant par exemple le gel eutectique, un
compartiment de réfrigération à température voisine de
0C pour les produits à maintenir frais. Le "boîtier-
tampon" représente de la sorte entre ces deux
compartiments réfrigérateur et congélateur, un
mécanisme "d'équilibre d'impédance" évitant le recours
à toute cloison isolante inerte.
L'avantage de ce système pour moduler le volume
utile de chacun des compartiments apparaît clairement.
Bien entendu, les températures dans les differents
compartiments peuvent être réglées et maintenus dans le
temps aux valeurs voulues en fonction de l'impédance du
tampon et de celle de l'agent frigorigène, ainsi que
des pertes thermiques vers l'extérieur (fonction de la
température extérieure), de l'état initial du tampon
(eutectique) et de la durée prévue pour le transport.
Un élément de cloison conforme à l'invention est
aussi caractérisé en ce que le compartiment contigu au
boitier étanche est délimité d'un côté par ce dernier
et du côté opposé par une paroi munie d'une ou
plusieurs ouvertures, ou une grille, laissant passage
au gaz réfrigérant provenant de la sublimation dudit
agent frigorigène (face perforée).
Avantageusement, un interstice est ménage entre
ledit boîtier et la partie inférieure de ladite paroi
non étanche ou grille pour permettre l'écoulement dudit
gaz réfrigérant vers le bas, celui-ci étant plus lourd
que l'air dans le cas où il provient de la sublimation
du gaz carbonique solide (C02).
L'élément peut aussi se caractériser en ce que la
partie inférieure dudit boltier est élargie à sa base
pour offrir audit tampon un volume de contenance
suffisante, ce boîtier étant avantageusement réalisé en
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un matériau à conductibilité thermique élevee, par
exemple en acier inoxydable ou en aluminium.
L'agent frigorigène pourra se présenter sous toute
forme appropriée rappelée précédemment et les
utilisateurs pourront ainsi se procurer facilement et à
bas prix l'agent frigorigène, et l'introduire dans
ledit espace des éléments juste avant mise en place de
ceux-ci dans l'enceinte isotherme.
L'invention concerne par ailleurs une enceinte
isotherme équipée d'un ou plusieurs éléments de cloison
tels qu'ils viennent d'être définis. Une telle enceinte
aura préférentiellement la forme d'un caisson ou d'une
boîte parallélépipédique classique à parois isolantes,
pouvant être fermée de façon hermétique à l'aide d'un
couvercle également isolant, les éléments de cloison
étant alors établis, dans cette enceinte, en tant que
parois verticales avantageusement amovibles, permettant
de constituer dans cette enceinte des compartiments
modulables susceptibles d'être maintenus à différentes
températures.
La hauteur du caisson ou de la boîte représentant
l'enceinte isotherme est sensiblement égale à la
hauteur de l'élément de cloison à double face de
l'invention.
Une telle enceinte pourra ainsi se caractériser,
en général, en ce qu'elle contient au moins un élément
de cloison à double face amovible, comportant dans son
épaisseur deux compartiments contigus l'un à l'autre,
le premier compartiment non étanche étant susceptible
d'être rempli par un élement frigorigene solide et
sublimable, notamment du gaz carbonique ou carboglace,
le deuxième compartiment étanche ou boîtier, étant
rempli par une substance tampon de type eutectique ; un
tel élément de cloison à double face délimite deux
compartiments dans l'enceinte ; il va de soi que deux
éléments de cloison déterminent trois enceintes, etc...
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; le compartiment de l'enceinte isotherme jouxtant la
partie boîtier étanche de l'élément de cloison à double
face, maintient la température d'ambiance dudit
compartiment à une température voisine de la
température de fusion de l'eutectique, alors que le
compartiment jouxtant la partie non étanche de
l'élément de cloison à double face contenant un élément
frigorigène est maintenu à une température d'ambiance
inférieure ou égale à -18~C, donc très inferieure à la
précédente.
Il va de soi que, pour que la température à coeur
des produits conservés dans l'un ou l'autre des
compartiments reste constante et ne su~isse pas de
rupture dans la chaîne du froid, il est nécessaire que
l'enceinte isotherme munie des eléments de cloison à
double face amovible de l'invention soient chargés soit
avec des produits surgelés ayant déjà une température
inférieure ou egale à -18 D C pour le compartiment
congélateur jouxtant le compartiment contenant le
frigorigene, et des produits préalablement amenés à la
température désirée pour le compartiment produits
frais.
Avec deux éléments conformes a l'invention accolés
à deux parois opposées d'une telle enceinte, on peut
aussi obtenir, selon l'orientation de ces éléments,
soit une enceinte entière de réfrigération (température
positive en général), soit une enceinte entière de
congélation (température négative), selon que les faces
du boîtier étanche contenant le tampon seront disposées
vis-à-vis 1'une de 1'autre ou qu'elles seront disposées
chacune contre la paroi correspondante (en principe la
paroi d'extrémité la plus étroite de l'enceinte).
Avantageusement encore, une telle enceinte
comporte dans son fond des rainures s'étendant
perpendiculairement au plan des éléments réfrigérants,
ces rainures permettant la circulation du gaz de
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sublimation de l'agent frigorigène, ce gaz, en principe
du C02 réfrigéré provenant de la sublimation du gaz
carbonique solide constituant l'agent frigorigène,
étant plus lourd que l'air.
L'ensemble du dispositif comportant une enceinte
isotherme munie d'un ou plusieurs éléments de cloison
amovibles à double face tel que décrit précédemment
autorise donc un double transfert de température
dirigee avec maintien d'une température qui est :
a) dans le compartiment produits frais le maintien
d'une température d'ambiance de 4C + 4C, ledit
produit frais contenu dans un tel compartiment gardant
une température à coeur de 2C + 2C pendant une durée
comprise entre 0 et 4 heures, étant entendu que
l'enceinte munie de la cloison à double face de
l'invention étant chargée par un produit frais
préalablement amené à une température homogène de 2C ;
b) pour ce qui concerne le compartiment de surgeles, la
température d'ambiance est maintenue a une température
inférieure ou égale à -18C, sachant que le systeme de
l'invention autorise une convection naturelle
permettant le maintien d'une température ne présentant
pas d'écart supérieur à 6C entre le haut et le bas de
l'enceinte; la température à coeur des produits
préalablement surgelés et disposes dans un tel
compartiment varie dans un intervalle maximum de -26C
à -18C.
Enfin, la présence de rainures s'étendant
perpendiculairement au plan des éléments de cloison
décrits ci-dessus permet la circulation du gaz de
sublimation de l'agent frigorigène en assurant la
convection naturelle de la température et permettant le
maintien d'une homogénéité de la température ambiante
dans l'ensemble du compartiment dans les limites
décrits ci-dessus.
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Des modes d'exécution de l'invention vont
maintenant être décrits à titre d'exemples nullement
limitatifs avec référence aux figures des dessins ci-
annexés dans lesquels :
- la figure 1 montre en perspective un élément
réfrigérant et congélateur conforme à l'invention,
disposé en tant que cloison intermédiaire dans une
enceinte isotherme, laquelle est représentée en
perspective avec arrachements;
- la figure 2 est une vue en plan de l'élément
réfrigérant;
- la figure 3 montre schématiquement en coupe une
enceinte isotherme conforme à l'invention et divisée
par un élément en un compartiment congélateur et un
compartiment réfrigérant;
- la figure 4 montre schématiquement en coupe une
enceinte de réfrigération isotherme conforme a
l'invention, dans laquelle le froid est maintenu par
deux éléments disposés de telle sorte que leurs
boîtiers-tampons se fassent vis-à-vis;
- la figure 5 montre schématiquement en coupe une
enceinte de congélation isotherme conforme à
l'invention, dans laquelle le froid est maintenu par
deux éléments disposés de telle sorte que leurs
boîtiers-tampons soient tournés vers les parois
d'extrémite de l'enceinte;
- la figure 6 montre une application de
l'invention à une enceinte isotherme en forme d'armoire
frigorifique comportant deux compartiments modulables à
températures différentes.
Sur la figure 1, l'enceinte isotherme
partiellement représentée en perspective a été
référencée en 1 et se présente sous la forme d'un
caisson à parois isolantes latérales 2 et extrêmes 3,
élaboré par exemple par moulage de matière synthétique,
et comportant une mousse de matériau isolant 4 entre
2.11,8~073
Wo95/252s3 ;~r!~ pcT~Rssloo3l5
deux coquilles, extérieure 5 et intérieure 6 ; elle
peut être fermée par un couvercle etanche la (fig. 3).
Sur ses faces latérales, la coquille 6 présente des
paires de gorges opposees 7 verticales, espacées selon
un module déterminé. Quant au fond 8 du caisson et aux
parois extrêmes 3, ils présentent des nervures
longitudinales 9.
L'élément de cloison à double face, présentant une
double fonction de transfert thermique, réalisé par
exemple en acier inoxydable, est référencé globalement
en 10. Il comporte un boîtier-tampon constitué d'une
partie plate (ou nervurée) 11 élargie à sa base en 12
et constituant un reservoir pour un gel eutectique, de
l'eau, de l'air, une matière isolante expansée, etc...
L'élement 10 présente un profil 13 permettant à
l'élément 10 d'être guidé verticalement par les gorges
latérales 7 de l'enceinte 1 lors de sa mise en place
dans cette dernière. L'élément 10 comporte en outre un
espace libre contigu à la face 11, s'étendant au-dessus
de la partie élargie 12 et délimité par une tôle
perforée, grille ou analogue, réferencée 14 en
parallèle à la partie plate 11. La fixation de la
grille 14 sur le réservoir-tampon est assurée par tout
moyen approprié, par exemple des points de soudure 17
entre la grille et la partie correspondante du
réservoir-tampon. De la sorte, cet espace libre peut
être rempli par un agent frigorigène 15 par exemple du
gaz carbonique solide, sous toutes ses formes. Le gaz
carbonique de sublimation peut ainsi s'échapper dans
l'enceinte isotherme 1, du côté opposé à la partie
plate 11, en traversant la grille 14. Dans le
compartiment de l'enceinte 1 situé à gauche de
l'élément 10, on pourra ainsi maintenir une température
de congélation, par exemple de l'ordre de -25C
(température négative), pendant un temps appréciable,
suffisant pour assurer un transport normal de produits
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congelés, tandis que dans le compartiment de l'enceinte
situé à droite de cet élément, on pourra maintenir une
température de réfrigération en général supérieure à
0C (figure 3)(température positive).
Pour assurer une bonne circulation du gaz
carhonique de sublimation dans l'enceinte de
congélation, on prévoit un léger espace 16 (figure 2)
entre la partie inférieure de la grille 14 et la partie
élargie 12 du réservoir-tampon. Les nervures 9 du fond
8 et des parois extrêmes de l'enceinte contribuent à
assurer cette bonne circulation.
A la figure 4 on a représenté une disposition
permettant d'obtenir une température de réfrigération,
par exemple de l'ordre de +3C, dans l'ensemble de
l'enceinte isotherme l. Il suffit pour cela de disposer
les éléments lO, avec la charge voulue d'agent
frigorigène lS de telle sorte que leurs faces lisses lO
soient disposées vis-a-vis l'une de l'autre, les
grilles 14 de ces éléments étant alors appliquées
contre les parois extrêmes 3 de l'enceinte.
Comme représenté sur la figure 5, la disposition
inverse des éléments lO permettra d'obtenir dans toute
l'enceinte une température de congélation, par exemple
de l'ordre de -25C.
Un autre mode de mise en oeuvre est représenté
dans la figure 6 et est relatif à une armoire isotherme
en forme d'armoire frigorifique. Deux éléments de
cloison conformes à l'invention lO' disposés en tant
que cloisons horizontales dans une armoire isotherme
l', par exemple montée sur des roues l9. L'un des
éléments lO' sera toujours disposé à la partie
supérieure, l'autre élément lO' peut être disposé à
différentes hauteurs, en reposant sur des taquets en
saillie 20 ou de configuration analogue à l'exemple
précedent (gorge 7 et profil conjugué 13), prévus sur
les parois latérales 2l de l'armoire, soit être de
, 21,8~0,73-,
W O 9S/2S253 PC~r~R95/00315
conception analogue à l'elément réfrigerant et
congélateur décrit précédemment. L'élément réfrigérant
et congélateur 10' peut être constitué d'un reservoir
22 pour le gel eutectique ou le réservoir-tampon, et
d'un bac 23 en contact thermique avec ce réservoir et
destiné à contenir l'agent frigorigène 24, là encore
constitué, par exemple par du gaz carbonique solide. Le
bac 23 étant fermé par une grille 14', on pourra y
disposer des aliments ou autres produits à maintenir
congelés, par exemple à une température de l'ordre de
-25C comme dans le cas d'application précédent, tandis
que la partie inférieure de l'enceinte pourra être
maintenue à une température de réfrigération de
l'ordre, par exemple, de 3C pour les produits à
maintenir au frais, et ceci pendant toute la durée du
transport de l'armoire 1'.
Bien entendu, l'armoire 1' est pourvue de parois
isolantes 25 à 27 comportant des rainures 9' (ou des
gorges 7') assurant une bonne circulation des gaz
froids et peut être fermee par une porte hermétique 28,
également isolante et comportant aussi des rainures ou
des gorges remplissant la même fonction que ci-dessus.
