Brevet FR2016600A1 — publié le 19700508

La présente invention a trait à un dispositif de produc- tion d'un produit congelé sous forme de granules destiné à être ensuite traité par cryodessiccation, la matière première fluide étant injectée sous pression par une buse dans une chambre de réfrigération dans laquelle elle est congelée puis recueillie sous forme d'un granulat dans une enceinte collectrice. La cryodessiccation de matières fluides suppose que celles-ci se trouvent sous forme congelée avant le début du traitement de dessiccation proprement dit Des procédés connus congèlent la matière première sous forme de plaques ou de barres qui sont ensuite soumises à la dessiccation sous cette forme compacte. L'inconvénient de ces procédés réside dans le fait qu'à mesure que progresse la dessiccation le transfert thermique vers le coeur de la matière qui contient de la glace -transfert qui est nécessaire pour la cryodessiccation- se trouve entravé. De même est entravée l'évacuation dans la chambre sous vide de la phase gazeuse du coeur de la matière au travers de la couche déjà sèche de la matière.En dernière conséquence ces inconvénients peuvent conduire à un surchauffage des zones marginales déjà sèches de la matière ou à une décongélation du coeur de celle-ci qui contient encore de la glace, ce qui nuit à la qualite du produit sec Pour eviter ces inconvénients il a été proposé de broyez dans des dispositifs appropriés les produits congelés sous forme de plaques ou de barres, puis de soumettre à la cryodessiccation la matière ainsi obtenue sous forme de morceaux.Bien que grâce à cette forme morcelée de la matiere l'apport calorifique et l'é- vacuation de la phase gazeuse aient pu être considérablement améliorés, ce mode de préparation d'une matière congelée destinée à être soumise à la cryodessiccation n'est pas optimal. I1 s'est en effet révélé désavantageux que par suite du broyage la matière se présente sous forme de morceaux dont la granulométrie est irrégulièrement répartie. En dehors des fines on trouve des particules qui ont les dimensions les plus diverses qu'il faut séparer les unes des autres, pour que la cryodessiccation soit parfaite, au moyen d'appareils de tamisage faisant suite au dispositif de congélation et de broyage.Si cette séparation n'est pas effectuée, il se produit durant la cryodessiccation un séchage prématuré des fines qui, sous l'effet des calories qui continuent d'être apportées afin de sécher les particules plus grosses, peuvent être surchauffées,-avec les inconvénients que cela entraîne. I1 existe en outre le danger que les fines déjà sèches ne passent dans les éléments de condensation et appareils pompage de vide affectés à l'installation de cryodessiccations et ne soient perduesde ce fait L'appareil de broyage et le dispositif de tamisage doivent etre maintenus à une température suffisamment basse pour éviter toute décongélation de la matière. Pour toutes ces raisons on voit que pour l'ensemble de l'installation de criblage il faut un appareillage considérable.De pu, pour que les fines ne soient pas perdues, il faut les réincorporer à la matière première fluide, ee ui constitue une opération qui, répétée plusieurs fois, est de nature à nuire à la qualité du produit final. Pour éviter ces inconvénients il a en outre été proposé d'injecter sous pression dans une chambre à gaz froid ou sous vide, au moyen de buses, la matière première fluide destinée à la cryodessiccation, pour obtenir de cette façon une matière en morceaux congelant rapidement, recueillie ensuite au fond due ladite chambre et envoyée à la cryodessiccation par exemple dans des-récwpients- de chargement conçus en conséquence.Dans ce type dtappareils il faut disposer dans la chambre à gaz froid ou sous vide des systèmes destinés à maintenir dégagé l'orifice des buses, car lorsque la matière pénètre dans cette chambre elle congèle si soudainement que peu de temps après la mise en marche de l'installation elle colmate l'orifice des buses, de sorte que l'injection de matière fluide se trouve arrêtée. Un système conçu pour prévenir ce colmatage est constitué, par exemple selon le brevet d'invention des Etats-Unis d'Amérique nO 2 411 152, par une hélice de raclage mise en mouvement au moyen de dispositifs de commande appropriés et dont les pales en forme de racloirs débarrassent l'orifice de la buse de toute matière congelée sur lui.En plus du problème de réaliser une traversée tournante étanche au vide et de la complication de conception qui en résulte, ce procédé a lui aussi pour inconvénient de ne pas fournir un produit de granulométrie uniforme. En effet, les particules de matière congelée qui adhèrent à l'extrémité de la buse sont brisées par les pales de l'hélice, ce qui produit une grande quantité de fines qui s'ajoutent aux particules plus grosses. L'invention a donc pour but de créer un dispositif qui ne présente pas les inconvénients exposés ci-dessus et au moyen duquel il est possible d'obtenir un produit sous forme de granules congelés, de granulométrie uniforme, et qui sert de matière première pour le traitement ultérieur de cryodessiccation. Pour parvenir à ce résultat, l'invention prévoit d'une part que la buse d'injection débouche dans une entrée de la chambre de réfrigération qui est conçue en forme de tube de Venturi et est reliée à une arrivée de gaz comprimé dont la surpression est suffisante, lors de l'expansion adiabatique, pour congeler la matière première injectée, et d'autre part que le gaz comprimé peut être évacué de la chambre de réfrigération par l'intermédiaire d'une sortie.L'emploi du gaz comprimé en combinaison avec le tube de Venturi a le double avantage que la matière première se trouve entraînée, lorsqu'elle franchit l'orifice de la buse, avant que des particules puissent congeler sur son arête, le gaz comprimé exerçant en même temps un effet d'aspiration sur la matière qui se trouve dans la buse, et que par suite du refroidissement adiabatique du gaz qui renforce le transport en phase liquide la matière première congèle dans la partie divergente du tube de Venturi. I1 s'est révélé intéressant de disposer dans la chambre de réfrigération des éléments de condensation des fractions à teneur en vapeur. En outre, il est avantageux que des fractions gazeuses soient dissoutes en supplément dans la matière première fluide. Par exemple, én utilisant de l'anhydride carbonique la matière première mousse dans la partie divergente du tube de Venturi et les interstices se remplissent de neige carbonique qui sert de germe pour la formation d'autres cristaux de glace. Tou- tefois, et en fonction de la nature de la matière première et de la destination du produit final tout autre gaz approprié peut être utilisé. Dans une forme d'exécution de l'invention plus élaborée, la sortie de la buse d'injection peut être commandée par intermittence. Dans ce cas il est possible que la fréquence de la commande soit déterminée, en fonction de la pression à laquelle la matière première est transportée et de la section de l'orifice de la buse d'injection, de manière telle que seules des particules d'une granulométrie désirée soient produits. Pour produire ces particules l'invention prévoit de disposer dans la buse d'injection un poinçon doseur déplacé périodiquement par un mécanisme de commande constitué par un électro-aimant alimenté en courant alternatif. Pour le dosage et le déplacement correspondant du poinçon doseur il est avantageux qu'une partie de la buse d'injection ait la forme d'un récipient collecteur concentrique dont la partie constituant le couvercle est constituée par un diaphragme à la face intérieure duquel est fixé le poinçon doseur, tandis que sa face extérieure est reliée à l'armature de l'électro-aimant. I1 y a en outre intérêt à prévoir un récipient collecteur du gaz comprimé disposé concentriquement à l'orifice de la buse d'injection. Cette -disposition a pour effet que le gaz comprimé s'écoule régulièrement en passant à côté de l'orifice de la buse d'injection, ce qui empêche d'éventuelles interruptions d'admission de matière première dues à des tourbillons de ce gaz. Deux exemples d'exécution de l'invention sont décrits ci-après avec référence au dessin sur lequel - la figure 1 représente en coupe schématique une-chambre de réfrigération avec une buse d'injection et un tube de Venturi, et - la figure 2 est une vue partielle de la chambre de réfrigération selon la fig.l, à plus grande échelle, représentant la buse d'injection, le tube de Venturi et le mécanisme de commande du dosage. On voit à la fig.l la chambre de réfrigération 1 dont la partie supérieure est en forme de tube de Venturi 11. Ce tube débouche dans un récipient collecteur de gaz comprimé 12 relié à une conduite d'amenée de gaz comprimé 13. Au centre de l'étranglement du tube de Venturi 11 débouche la buse d'injection 2 dont la partie supérieure est en forme de récipient collecteur concentrique 21 dans lequel débouche une conduite 22 d'amenée de liquide. Ce récipient collecteur 21 est traversé axialement par un poinçon doseur 3 relié par l'intermédiaire d'un diaphragme 31 à un mécanisme de commande non représenté à la fig.l. Dans la chambre de réfrigération 1 sont disposés des éléments de condensation 14 ainsi qu'un récipient 15 qui recueille les particules congelées. La chambre de réfrigération 1 est par ailleurs reliée, par la tubulure 16 et des conduites appropriées, aux unités de pompage de vide non représentées au dessin. A la fig.2 les parties identiques à celles représentées à la fig.l sont désignées par les mêmes repères que celles-ci. On voit à l'intérieur de la buse d'injection 2 le poinçon doseur 3 fixé à la face intérieure du diaphragme 31 qui obture le récipient collecteur concentrique 23. Au-dessus de ce diaphragme on reconnaît un électro-aimant 4 dont l'armature 41 est fixée à la face extérieure du diaphragme 31 qui obture le récipient collecteur concentrique 21. Le mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention est décrit brièvement ci-après. La matière première fluide est introduite sous pression par la conduite d'amenée 22 dans le récipient collecteur concentrique 21. De là la matière parvient, sous effet de la pression utilisée, jusqu'à l'orifice de la buse d'injection 2.En même temps que la matière première pénètre dans le récipient collecteur 21, du gaz comprimé est admis dans le récipient collecteur de gaz comprimé 39 pr Selntermédraire ? la conduite d'amenée de gaz comprimé 13 0 Le gaz comprimé accélère le transport de la matière première fluide du récipient collecteur 21 à travers l'orifice de la buse d'injection 2 et entraîne avec lui le liquide qui y est parvenu. Les particules sont entraînées, au moyen du gaz comprimé et en traversant l'étranglement du tube de Venturi 11, dans la chambre de réfrigération 1. Par suite du refroidissement adiabatique du gaz comprimé qui renforce le transport liquide, les particules congèlent dans la partie divergente de la buse de Venturi 11.Les particules congelées sous forme de neige sont recueillies dans le récipient collecteur 15 disposé au fond de la chambre de réfrigération 1. Les vapeurs condensables formées pendant la congélation sont précipitées sur les éléments de condensation 14, tandis que les fractions gazeuses non condensables sont évacuées par l'intermédiaire de la tuyauterie de vide 16. Pour obtenir des particules congelées d'une granulomé trie définie, la matière première fluide est soumise à une vibration dans le récipient collecteur concentrique 21, ce qui module le jet de la matière première à l'orifice de la buse d'injection 2. Dans le cas de liquides non compressibles, par exemple de solutions aqueuses, jus de fruits, lait, thé, etc. la vibration du liquide dans le récipient collecteur 21 peut être commandée par le diaphragme vibrant 31 qui constitue la fermeture supérieure de ce récipient. Le diaphragme 31 est relié à ltélectro-aimant par l'intermédiaire de l'armature 41 de ce dernier.Pour produire à l'ex trémité de la buse d'injection 2 une succession de particules de même grosseur il suffit de produir2 des fréquences entre 1 et 50 kH.Selon la fréquence choisie les vibrations produisent à la sortie de 3a buse 2 des particules dont la granulométrie est comprise entre 2mm et O,lmm et au-dessous, cette granulométrie dépendant de la géométrie de la buse d'injection et de la nature de la matière à traiter. Dans le cas de matières premières fluides contenant des gaz dissous, la vibration est engendrée et entretenue aussi près que possible de l'orifice de la buse par le poin çon doseur 3 relié au diaphragme 31. Le dispositif selon l'invention permet pour la première fois de congeler en une opération continue-une matière première qui après conélation, se présente sous forme de granules de mê- me granulométrie, c'est-à-dire sans production de fines ou de morceaux plus gros que la maille désirée. On obtient ainsi, pour la cryodessiccation ultérieurej un produit qui, sans qu'à la suite de la congélation il faille effectuer un broyage accompagné d'un criblage pour éliminer les particules plus petites ou plus grosses, peut être introduit directement de la chambre de réfrigération dans l'installation de cryodessiccation. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de production d'un produit congelé sous forme de granules destiné à être ensuite traité par cryodessiccation, la matière première fluide étant injectée sous pression par une buse dans une chambre de réfrigération dans laquelle elle est congelée puis recueillie sous forme d'un granulat dans une enceinte collectrice, ce dispositif étant remarquable en ce que la buse d'injection débouche dans une entrée de la chambre de réfrigération qui est conçue en forme de tube de Venturi et est reliée à une arrivée de gaz comprimé dont la surpression est suffisante, lors de l'expansion adiabatique, pour congeler la matière première injectée, et d'autre part en ce que le gaz comprimé peut être évacué de la chambre de réfrigération par l'intermédiaire d'une sortie. 2.- dispositif selon la revendication 1, remarquable en ce que des éléments de condensation des fractions à teneur en vapeur sont prévus dans la chambre de réfrigération. 3.- Dispositif selon la revendication 1, remarquable en ce que des fractions gazeuses sont dissoutes en supplément dans la matière première fluide. 4.- Dispositif selon la revendication 1, remarquable en ce que la sortie de la buse d'injection peut être commandée par intermittence. 5.- Dispositif selon la revendication 4, remarquable en ce que la fréquence de la commande est déterminée, en fonction de la pression à laquelle la matière première est transportée et de la section ae l'orifice de la buse d'injection, de manière telle que seules des particules d'une granulométrie prescrite soient injectées. 6.- Dispositif selon la revendication 4 ou 5, remarquable en ce qu'un poinçon doseur déplacé périodiquement par un mécanisme de commande est disposé dans la buse d'injection. 7.- Dispositif selon la revendication 6, remarquable en ce que la mécanisme de commande est constitué par un électroaimant alimenté en courant alternatif. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce qu'une partie de la buse d'injec tion a-la forme d'un récipient collecteur concentrique dont la partie constituant le couvercle est constituée par un diaphragme à la face intérieure duquel est fixé le poinçon doseur, tandis que sa face extérieure est reliée à l'armature de l'électro-aimant. 9.- Dispositif selon la revendication 1, remarquable en ce qu'un récipient collecteur du gaz comprimé est disposé concentriquement à l'orifice de la buse d'injection.