Brevet FR2022655A1 — publié le 19700731

- - L'invention concerne un procéda permettant-de refroidir des den- rées périssables telles que fruits, légumes, poissons, viandes etc. å une température d'environ 3oO C, selon lequel ces denrées traversent une chambre de congélation de façon à être en contact thermique avec un courant de fluide de refroidissement ayant une température notablement intérieure. Selon un procédé connu pour refroidir des denrées périssables, le fluide de refroidissement est refroidi à l'aide d'un dispositif a compression avant d'entre mis en contact thermique avec les denrées. Cette méthode présente l'inconvénient que la température la plus basse obtenable au maximum est de l'ordre de 4000. À cette température, la congélation s'effectue trop lentement pour certains produits, ce qui affecte leur qualité (teneur en humidité, couleur, goût). De plus, le processus de congélation prend beaucoup trop de temps et la chambre de congelation doit avoir de grandes dimensions. Un autre procédé connu du genre mentionne ci-dessus utilise, comme agent de refroidissement, de l'azote ou de l'air liquide. Comme il est connu, ces liquides ont des températures de l'ordre de -200 Cs de sorte qu'une mise en contact des denrees avec ces liquides se traduit par un refroidissement très rapide, et pour un grand nombre de produits un refroidissement même trop rapide, oe qui se manifeste par des crevasses dans le produit et, partant, par une perte de qualité. De plus, les frais inhérents à la production de froid aux températures de l'azote et de l'air liquides sont relativement élevés de sorte que l'avantage que fournirait l'obtention de dimensions plus petites de la chambre de congélation est réduit à néant. L'invention vise à fournir un procédé pour refroidir dea denrées pErissables moins coûteux et fournissant des produits de meilleure qualité que les procédés connus. Conformément à l'invention, avant d'être amené à la chambre de congélation, l'agent de refroidissement est mis en contact thermique avec un fluide transmettant de la chaleur, qui circule dans un système de canalisations fermé et qui, à son tour, entre en contact thermique avec le congélateur d'une machine frig-orifique a gaz froid, dans laquelle le fluide est refroidi à une température comprise entre -1700C et -700 C. Par "machine friborìfique à gaz froid", il y a lieu d'entendre, dans la suite du présent memoire une machine produisant du froid, comportant au moins une enceinte de compression à volume variable et à tempera- ture moyenne plus élevée, ainsi qu'au moins une enceinte de détente, égale- ment à volume variable et å température moyenne plus basse, ces enceintes communiquant entre elles, alors que dans la liaison comprise entre lesdites enceintes est inséré un refroidisseur, un régénérateur et un cone'lateur, que traverse le fluide actif en circulant alternativement entre lesdites enceintes. Selon le procédé conforme å l'invention, les denrées sont donc refroidies à une température plus élevée que celles de l'azote ou de l'air liquides. A des températures de, par exemple, -150 C la production de la machine frigorifique å gaz froid est supérieure de 50%, à celle que l'on obtient à la tempesature de l'azote liquide, alors que les dépenses par unité de froid produit sont réduits de moitie. La vitesse de refroidissement est légèrement inférieure à celle que l'on obtient dans le cas d'utilisation d'azote liquide, ce qui se traduit par une tres bonne qualité du produit refroidi alors que néanmoins, la congélation se fait Si rapidement que la chambre peut avoir des dimen- sions relativement petites. Un autre avantage offert par le procédé conforme à l'invention consiste dans le fait qu'on dispose d'une treks large gamme de températures dans laquelle, pour refroidir un produit déterminés on peut choisir la température la plus avantageuse du moyen de refroidissement. Le fluide de refroidissement, qui est soumis à une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique, est ais en contact thermique avec un fluide transmettant de la chaleur dans un échangeur de cha- leur. Cela 8 'opère en premier lieu du fait que le moyen de refroidissement contient de l'eau, qui se congèle pendant le refroidissement et se dépose sous forme de neige. La surface assurant l'rechange thermique du congélateur est limitées de sorte que dans le cas d'un contact direct entre le fluide de refroidissement et le congélateur, cette surface ne tarderait pas à être recouverte d'une épaisse couche de neige. Dans l'échangeur de chaleur, on n 'est plus tenu aux exigences de la machine frigorifique a gaz froid, ce qui permet de prévoir une plus grande surface d'échange thermique, de sorte qu'une quantité notablement plus grande de neige peut se déposer avant que l'échange thermique ne soit trop perturbé.On peut ensuite débarrasser l'échangeur de chaleur de la neige en arrêtant l'installation et en faisant chauffer l'echangeur de chaleur. De plus, il est possible d'effectuer l'échange thermique entre le fluide de refroidissement et le fluide transmettant la chaleur dans au moins deux changeurs de chaleur commutables. De ce fait, lorsque l'un des échangeurs de chaleur est recouvert de neige, il est possible de passer sur l'autre échangeur de chaleur, ce qui permet de chauffer le premier échangeur et de le débarrasser ainsi de la neige déposez. Une seconde raison pour l'utilisation d'un fluide transmettant de la chaleur, réside dans le fait qu'il faut une grande surface échangeuse de chaleur pour la transmission du froid produit par la machine frigorifique par un refroidissement à la pression atmosphérique. De plus, l'agent de refroidissement doit être refroidi à une température relativement élevée par rapport à la température de fonctionnement. Une telle différence de températures est préjudiciable au consélateur de la machine frigorifique. Or, en faisant circuler un fluide transmettant de la chaleur dans un systeme fermé de canalisations le long du congélateur et en le mettant en liaison thermique avec l'agent de refroidissement à un autre endroit, il est possible de transmettre la quantité néoessaire de froid par unité de temps au moyen de refroidissement, même dans le cas d'une faible différence en temperatures régnant de part et d'autre du congélateur. L'échange thermique entre le fluide transmettant la chaleur et l'agent de refroidissement se fait dans un échangeur de chaleur présentant une plus grande surface que le congélateur. Ledit fluide transmettant.la chaleur peut être constitué par un gaz sous pression ou un liquide, qui circule dans le système de canalisations à l'aide d'un ventilateur ou d'une pompe. Dans une autre forme de réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention, on utilise comme fluide transmettant la chaleur un fluide, qui s'évapore a la température de fonctionnement à endroit où se fait ltéchange thermique avec ragent de refroidissement et qui est condensé dans le congélateur et dont la pression de vapeur se produisant à cette température est inférieure à 20 atmospheres. Comme exemple de fluide, on peut citer le méthane et le Fréon 14. Comme agent de refroidissement, on utilise de préférence de l'air, qui est aspiré à partir de la chambre de congelation, mis en contact thermique avec le fluide transmettant la chaleur et ensuite amené à ladite chambre de congélation. L'invention concerne en outre une installation appropriée au refroidissement de denrées périssables, telles que des fruits, des légumes, des poissons etc., cette installation comportant une chambre de conélation, e'quipée d'un système de canalisations que traverse un agent de refroidissement à basse température, munie de moyens de transport permettant d'y amener les denrées à refroidir. Le systeme de Canalisations comporte un échangeur de chaleur dans lequel l'agent de refroidissement est en contact thermique avec un fluide transmettant la chaleur circulant dans un autre système de canalisations fermé, cette installation comportant en outre une machine friborifique à gaz froid, dont le congélåteur est disposé dans l'autre système ae canalisations, alors qu'un dispositif de réglage est prévu afin de régler la production de froid de la machine frigorifique de façon que la température régnant dans le congelateur soit maintenue entre -170 C et -700C. Une autre forme de réalioation de cette installation comporte deux échangeurs de chaleur commutables dans chacun desquels le fluide peut échanger de la chaleur avec le fluide transmettant la chaleur. Suivant une autre forme de réalisation, l'autre système de canalisations est réalisé sous forme d'un système d'évaporation-condensation, dans lequel le fluide s'évapore dans ltéchangeur de chaleur pour être con densé dans le congélateur et dans lequel, à la température de fonctionnement requise, le fluide a une pression de vapeur inférieure a 20 atmospheres. La description ci-apres, en se réferant au dessin annexé, fers bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures 1, 2 et 3 représentent, a titre d'exemple, trois formes de réalisation différentes d'installations permettant de congeler des denrées périssables. Sur la fig. 1, le chiffre de référence (1) déteigne une machine frigorifique à gaz froid, comportant un cylindre (2) dans lequel sont logés un piston (3) et un balayeur (4). Le piston (3) et le balayeur (4) sont reliés respectivement par une tige de piston (5) et une tige de balayeur (6) à un mécanisme non représenté sur le dessin, permettant de déplacer, avec un certain déphasage, le piston et le balayeur. Entre le piston et le balayeur est disposée une enceinte de compression (7), qui communique par l'intermédiaire d'un refroidisseur (b), d'un régénérateur (9) et d'un congélateur (10) avec une enceinte de détente (11). L'installation comporte en outre un systeme de canalisations (12), contenant un liquide qui est maintenu en circulation à l'aide de la pompe (13). Au lieu du liquide, le système de canalisations (12) peut également contenir un gaz sous pression. Ledit système de canalisations est en (14) en contact thermique avec le congélateur (10) de la machine frigorifique a gaz froid. De plus, dans le système de canalisations (12) est inséré un échangeur de chaleur (15) dans lequel le liquide échange de la chaleur avec un courant d'air amené par le ventilateur (16) dans le canal (17).Les deux extrémités dudit canal (17) débouchent dans une.chambre de congélation (in). Dans cette chambre de congélation est disposé un dispositif a bande ou à chaine transporteuses (19), a l'aide duquel les denrées (21) à refroidir, présentées par l'intermédiaire de l'entres (20), sont transportées à travers la chambre de congélation vers ltévacuation (22). La machine friborifique à gaz froid comporte en outre un disposi tif de réglage permettant de modifier la production de froid. Un tel dispositif de réglage comporte un réservoir (25) contenant du fluide actif sous une pression comprise entre les pressions maximale et minimale pouvant se produire'dans l'enceinte active. Ledit réservoir communique avec l'enceinte de compression (7), par l'intermédiaire d'une canalisation d'admission (26), dans laquelle est inséréeune vanne de réglage (27) et une soupape à retour (28). L'enceinte de compression (7) est raccordée à une canalisation d'évacuation de fluide (29) dans laquelle sont insérearune soupape à retour (30) et une vanne de réglage (31).L'autre extrémité de ladite canalisation d'évacuation dê fluide (29) est raccordée au réservoir (25). L'ouverture de la vanne (27) provoque l'amenée de fluide a l'enceinte ac tive, ce qui a pour effet d'augmenter la pression et d'accroître la production de froid, alors que l'ouverture de la vanne (31) se traduit par une circulation du fluide de l'enceinte active vers le réservoir (25), de sorte que la pression régnant dans l'enceinte active baisse et que la production de froid diminue. Les vannes (27), (31) sont commandées à l'aide d'un mécanisme de réglage (36) susceptible de comparer la température du congélateur (10) à une valeur préalablement déterminée et d'ouvrir, en cas d'écarts, soit la vanne (27), soit la vanne (31). Il est évident qu'au lieu dudit réglage de pression, il est possible éventuellement d'adapter la production de froid d'une autre façon, par exemple par un fonctionnement discontinu de la machine ou par un réglage dit à court-circuit, selon lequel l'enceinte active de la machine peut être mise en contact avec une autre enceinte contenant du fluide actif sous pression moyenne, par l'intermédiaire d'une canalisation dans laquelle est insérée une vanne permettant une variation plus ou moins importante de la section du passage dans la canalisation. L'installation fonctionne de la manière suivante suivant le type de denrées à refroidir contenues dans la chambre de congélation, le mécanisme de réglage (36) peut être fixé à -150 C. De ce fait, la machine frigorifique à gaz froid fournit une quantité de froid telle que la température du congélateur soit continuellement maintenue à une température de -150 C, Le froid produit est transmis au fluide circulant dans le système de canalisations (12). En choisissant un liquide à chaleur spécifique élevée et/ou en réalisant à l'aide de la pompe (13) un grand débit, il est possible de transporter, moyennant une différence en température relativement faible, de l'échangeur de chaleur (14) une grande quantité de froid vers l'échangeur de chaleur (15). Le froid est transmis au flux d'air amené par le ventilateur (16).Ce flux d'air est refroidi dans l'échangeur de chaleur (15) à une température d'environ -1500C. De ce fait, l'humidité qu'il transporte se dépose sous forme de neige dans l'échangeur de chaleur (15). Du reste, la quantité d'humidité présente dans l'air est petite, du fait que l'air en circulation est séparé de l'atmosphère ambiante. Etant donné que la surface échangeuse de l'échangeur de chaleur (15) peut être grande, une grande quantité de neige peut se déposer avant que 1 'échange thermique n'en soit influencé de façon inacceptable. Puis, il faut arrêter l'installation et la débarrasser, par chauffage, de la neige qui s'est déposée. Le courant d'air refroidi à une tempéwature d'environ -1500C est amené à la chambre de congélation (18) et mis en contact avec les denrées à refroidir (21). On a constaté qu'une température de -1500C est extrêmement favorable pour certaines denrées; d'une part, le refroidissement se fait suffisamment vite pour empêcher une baisse de la teneur en humidité, de la couleur et du goût, alors que d'autre part, il ne se produit aucune crevasse dans les denrées. On obtient donc de cette façon des denrées congelées de qualité optimale. L'installation offre le grand avantage de mettre une grande zone de température. à la disposition de l'utilisateur, ce qui lui permet de choisir continuellement la température assurant la qualité optimale des denrées à refroidir. Une seule installation permet donc de refroidir un grand nombre de denrées différentes. Un autre fait remarquable est que l'obtention de cette qualité optimale se fait de façon moins onéreuse que dans les installations connues. La fig. 2 représente une autre forme de réalisation d'une installation permettant de refroidir des denrées périssables. Les éléments tels que la machine frigorifique à gaz froid et la chambre de congélation (18), qui corresponaent à celles représentées sur la fig. 1 portent les mêmes chiffres de référence. Dans cette installation, le système de canalisations (12) est réalise sous forme d'un syst8med"évaporation condensation, constitué par une enceinte (40) disposée autour du congélateur (10) et communiquant par l'intermédiaire d'un canal (41) avec une enceinte (42) de l'échangeur de chaleur (15). L'enceinte (42) communique par plusieurs tuyaux (43) avec une enceinte (44). Les enceintes (42), (44), ainsi que les tuyaux (43) sont disposés dans le canal (17) que traverse l'air à refroidir. Les enceintes (42), (44) et le canal (41) contiennent un fluide qui présente un équilibre entre ses phases liquide et vapeur à la température de fonctionnement du con6élateur (10). L'enceinte (42) est disposée a ün niveau plus bas que celui de l'enceinte (40), de sorte que le liquide s'accumule dans les enceintes (42), (44) et dans les tuyaux (43). Grâce à ltamenée de la chaleur a partir du courant d'air au liquide contenu dans les tuyaux (43), il se produit une évaporation. La vapeur ainsi formée circule par le canal (41) vers 1 'enceinte (40) où elle se condense contre le congélateur (10) pour refluer par le canal (41) vers l'enceinte (42). Afin de maintenir basse la pression régnant dans le système, on utilise de- préférence un fluide présentant une pression de vapeur inférieure à 20 atm. dans une gamme aussi grande que possible de températures de fonctionnement. Comme fluides entrant en ligne de compte, on peut citer le méthane(à 1 atm. pour une température de -1600C, à 20 atm. pour une température de -1070C) et le Fréon 14 (1 atm. pour unetempérature de -1280C, à 20 atm. pour une température de -650C). Afin d'empêcher que chaque fois que l'échangeur de chaleur (15) est chargé de neige, le processus de refroidissement ne doive être interrompu, on a remplacé dans l'installation représentée sur la fig. 3 ledit échangeur par deux échangeurs commutables (50), (51), de façon que le courant d'air traversant le canal (17) puisse traverser, par l'intermédi- aire de la vanne (52), soit l'échangeur (50), soit l'échangeur (51). Simultanément avec l'utilisation de la vanne (52), une vanne (53) placée dans le système de canalisations (12) est manoeuvrée de façon que le liquide traverse également soit l'échangeur (50), soit l'échangeur (51). ). L 'échan- geur de chaleur ainsi mis hors service peut être chauffé et de ce fait débarrassé de la neige qui s'est déposée. REVENDICATIONS : 1. Procédé permettant de refroidir des denrées périssables, telles que fruits, légumes, poissons, viandesetc. jusqu'a une température d'environ -1300C, selon lequel les denrées traversent une chambre de congélation de façon à être mises en contact thermique avec un flux d'agent de refroidissement présentant une température notablement plus basse, ce pro ce dé étant caractérisé en ce qu'avant d'être amené à la chambre de congéla -tion, agent de refroidissement est mis en contact thermique avec un fluide transmettant de la chaleur, circulant dans le système de canalisations fermé qui, à son tour, est en contact thermique avec le congélateur d'une machine frigorifique à gaz froid, dans laquelle le fluide transmettant la chaleur est refroidi à une température comprise entre -1700C et -700C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échange thermique entre l'agent de refroidissement et le fluide transmettant la chaleur s'effectue dans au moins deux échangeurs commutables. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce quBgn choisit, comme fluide transmettant la chaleur, un fluide qui, à la température de fonctionnement requise de l'agent de refroidissement, s'évapore à l'endroit de l'échange thermique avec l'agent de refroidissement et condense dans le congélateur et dont la pression de vapeur se produisant à cette température est inférieure à 20 atmosphères. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'agent de refroidissement est constitué par de l'air qui est aspiré à partir de la chambre de congélation, mis en contact thermique avec le fluide transmettant la chaleur et ensuite ramené à la chambre de congélation. 5. installation destinée à refroidir des denrées párissables, telles que fruits, légumes, poissons, viande etc. selon le procédé suivant au moins une des revendications 1, 2, 3 ou 4, installation qui comporte une chambre de congélation avec des moyens de transport pour les denrées a- refroidir, alors que la chambre de congélation est raccordée à un système de canalisations que traverse un flux d'un agent de refroidissement à température basse, cette installation étant caractérisée en ce que dans le systeme de canalisations que traverse l'agent de refroidissement en circulant vers la chambre de congélation est inséré un échangeur de chaleur dans lequel l'agent de refroidissement échange de la chaleur avec un fluide transmettant la chaleur, circulant dans un autre système de canalisations fermé, cette installation comportant en outre une machine frigorifique à gaz froid, dont le oongélateur est placé lorans l'autre système de canalisations, alors qu'un dispositif de réglage est prévu afin de commander la production de froid de ladite machine frigorifique à gaz froid de façon å maintenir la température régnant dans le congélateur entre -1700C et -?OOC. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte deux échangeurs de chaleur commutables dans chacun desquels 1 'agQt de refroidissement peut échanger de la chaleur avec le fluide transmettant la chaleur. 7. Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que l'autre système de canalisations est réalisé sous forme d'un systeme d'évaporation-congélation, alors que le fluide s 'évapore dans l 'échangeur de chaleur et est condensé dans le congélateur, alors que sa pression de vapeur se produisant à la température de fonctionnement requise est inférieure à 20 atmosphères.