Optimisation du couplage entre froid statique et inertie thermique. Application à un véhicule de livraison à domicile de produits surgelés

Optimization of the coupling between static cold and thermal inertia applied to a frozen food delivery vehicle

• Auteur / Autrice : Maxime Lejeune
• Direction : Laurence Fournaison
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 13/12/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des procédés frigorifiques pour la sécurité alimentaire et l'environnement (Antony, Hauts-de-seine ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Carrier Transicold Industries
• Jury : Président / Présidente : Laurent Royon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Sergent, André Stumpf, François Trinquet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Royon, Patrick Glouannec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chaleur -- Stockage

Matériaux -- Propriétés thermiques

Transport frigorifique

Mots clés libres

Froid

Inertie thermique

Convection naturelle

Matériaux à changement de phase

Transport

Simulation thermique

Surgelé

Eutectique

Cold

Thermal inertia

Refrigerated transport

Résumé

Dans le domaine du transport de denrées périssables à température dirigée, on distingue un type de livraison à domicile de produits surgelés qui utilise des petits véhicules réfrigérés à plaques eutectiques et à portes latérales. Leur concept se base sur un stockage de froid à forte inertie thermique permis par l’utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP). Aujourd’hui, les objectifs de protection environnementale et les contraintes qui en découlent pour les industriels conduisent à devoir optimiser ces systèmes et à repenser leur conception. Dans cette étude une démarche expérimentale et numérique a été adoptée dans le but de mieux comprendre le comportement thermique de ce type de véhicule à froid statique, et de prévoir l’évolution en température des produits transportés afin de garantir le respect de la chaine du froid. Des essais ont été réalisés en conditions simulées de fonctionnement (véhicule à l’arrêt) ainsi qu’en conditions réelles de fonctionnement (en livraison). La conception de deux prototypes a également été engagée, un premier qui contient une masse réduite de MCP et un deuxième qui n’en contient plus. En parallèle une modélisation semi-empirique de type nodale nous a permis de simuler différents systèmes caractérisés par des échanges thermiques par convection naturelle. Finalement une analyse multicritères des performances de trois concepts de véhicules a été menée selon un cahier des charges établi auprès d’un professionnel de la livraison à domicile de produits surgelés.

A type of frozen food home delivery vehicles consist of light commercial vehicles made of eutectic plates and multiple lateral doors. Their concept is based on the high thermal inertia of a cold storage made of a phase change material (PCM). Nowadays sustainability concern and consequences create opportunities and challenges to proof new concepts for this type of refrigerated vehicles and to optimize existing system design. In this study an experimental and numerical approach has enabled to better understand the thermal behavior of such static cold systems as well as to predict the temperature evolution in transported goods for the cold chain continuity. Two prototypes with a new design have been built, one containing a reduced masse of PCM and another one without any PCM. Tests under controlled conditions and field tests have been performed. Meanwhile, a semi-empirical nodal modeling has been developed and used to simulate these different systems dominated by natural convection. Finally, a multi criteria performance analysis has been made regarding the requirement of a frozen food delivery vehicle user.