Brevet FR2070749A1 — publié le 19710917

La présente invention concerne, d'une façon générale, la congélation instantanée cryogénique de produits alimentaires,et d'une façon plus particulière, à la congélation de produits alimentaires àu moyen de CO^. 5 La congélation de produits alimentaires a été l'objet d'une demande considérable en raison des résultats favorables obtenus par rapport à la congélation mécanique. En conséquence, des travaux importants ont été effectués dans ce domaine. De nombreux appareils de congélation utilisant l'azote 10 liquide ont été proposés^comme ceux décrits dans les brevets américains n° 3.276.710, 3.404.989, 3.298.188, 2.447.249, 3.345.828, 3.287.932 et 3.461.680* L'azote liquide étant relativement coûteux,dans,la plupart des appareils de congélation à l'azote liquide on expose 15 les produits alimentaires en cours de congélation à l'azote pendant qu'il, se trouve à des températures relativement basses, par exemple entre -117,8°C et -184,4°C, afin d'éviter la perte cfe la chaleur nécessaire pour réchauffer l'azote liquide. L'exposition d'un grand nombre de produits alimentaires à une tempéua-20 ture inférieure à -73* 3° C entraîne un choc thermique qui endommage ces produits alimentaires en les amenant à se rider, se désagréger ou perdre leur couleur lorsqu'on les décongèle et qu'on les ramène à la température ambiante en vue de leur consommation. Pour utiliser efficacement l'azote , on utilise 25 fréquemment^dans les tunnels_,un effet d'échange thermique par écoulement inverse,grâce auquel l'azote liquide est introduit à l'extrémité de sortie du tunnel et s'écoule en direction de l'extrémité d'entrée de ce tunnel. L'utilisation de cet effet d'échange thermique par écoulement inverse dans les tunnels 30 évite l'utilisation de plusieurs transporteurs disposés les uns au-dessus des autres et tournant de façon alternée dans des directions opposées de façon à réduire ainsi la longueur exigée du tunnel et à permettre aux produits alimentaires d'être soumis \ à plusieurs passages à travers le tunnel. de 35 Outre que son prix n'est à peu près que la moitié/celui de l'azote liquide, le C02 liquide possède une capacité d'absorption thermique comprise entre 2 et 3 fois celle de cet azote. De nombreux efforts ont été faits pour obtenir un appareil de congélation draliments qui utiliserait le C0g 40 liquide. Les brevets américains n° 3-525.506, 3*214.928 et 70 43763 . 2 2070749 3.213-624 décrivent plusieurs modes de réalisation d'appareils de congélation draliments utilisant le C02. Toutefois, ces appareils de congélation ont pour inconvénient que le CO^ liquide est pulvérisé dans le tunnel de congélation et qu'il est amené à se séparer en C02 solide et en C02 gazeux. De ce fait, du C02 solidifié s'accumule à l'intérieur du tunnel, ce qui gêne le fonctionnement de ce dernier et entraîne un gaspillage de grandes quantités de C02. Aucun de ces brevets cités en référence n'indique ou ne suggère l'utilisation d'un dispositif de commande de température pour régler le débit du C02 dans le tunnel de façon à maintenir la temoérature de ce tunnel dans une gamme située immédiatement au-dessus du point d'ébullition du C02 afin d'assurer un refroidissement rapide du produit alimentaire tout en empêchant la formation de C02 solidifié. Le procédé de la présente invention pour congeler instantanément les produits alimentaires est caractérisé par le fait que l'on place le produit alimentaire sur un transporteur en vue de le transporter à travers un tunnel de congélation . On envoie le C02 dans le tunnel sous une forme liquide et on l'y pulvérise sous une forme gazeuse. On fait'circuler le C02 vaporisé sé de manière qu'il s'établisse un échange thermique entre ce gaz et le produit alimentaire et on détecte la température dans le tunnel de façon à commander ou régler le débit du C02 dans le tunnel de façon à maintenir la température régnant dans ce tunnel dans une gamme légèrement supérieure au point d'ébullition du C02 afin de congeler ainsi rapidement le produit alimentaire tout en évitant la formation de C02 solidifié à l'intérieur du tunnel. L'appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus est caractérisé par un dispositif d'injection disposé dans le tunnel et raccordé à une alimentation de COg liquide. Un dispositif de commande est prévu pour commander ou régler le débit du C02 pulvérisé à partir du dispositif d'injecticn et un dispositif de commande de température détecte la température régnant dans le tunnel et agit sur le dispositif de commande de débit. La présente invention a pour objet un appareil de congélation instantané de produits alimentaires qui utilise un fluide cryogénique relativement peu coûteux. 70 43763 3 2070749 La présente invention a aussi pour but un appareil de congélation de produits alimentaires du type décrit et qui ne soumet pas lesproduits alimentaires à un choc thermique nuisible. p. La présente invention a encore pour but un appareil de congélation de produits alimentaires du type décrit et que l'on peut faire fonctionner pendant des périodes de temps importantes sans qu'il s'y forme de fluide cryogénique solidifié. La présente invention a également pour but un appa--j^q reil de congélation de produits alimentaires du type décrit et qui commande ou règle le débit du fluide cryogénique à l'endroit des injecteuiiscfepulvérisation de manière à éviter le montage de vannes de commande dans les canalisations de liquide cryogénique ce qui entraînerait , dans ces dernières, des 15 chutes de pression pouvant se traduire par une vaporisation . Les caractéristiques et avantages ci-dessus ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à lecture de la description détaillée faite ci-après en référence au dessin annexé sur lequel: 20 la fig. 1 est une vue en perspective , avec arrache ment, d'un appareil de congélation de produits alimentaires conforme à la présente invention; la fig. 2 est une coupe verticale faite par 2-2 de la fig. 1; 25 la fig. 3 sst une coupe verticale fragmentée faite par 3-3 de la fig. 2] et la fig. 4 est une représentation schématique d'un système de commande de température que l'on peut utiliser dans l'appareil de congélation de produits alimentaires représenté 30 sur la fig. 1. On va maintenir décrire le mode de réalisati .±1 préféré de la présente invention. Si l'on se réfère à la fig. 1, on voit que l'appareil de la présente invention pour congeler les aliments au moyen de C02 comprend, d'une façon générale, 35 un tunnel 21 dans lequel est supporté un transporteur 25 à plusieurs brins. Plusieurs injeeteurs 29 sont montés dans le tunnel 21 pour atomiser du CG^ directement dans le flux à travers les soufflantes de circulation 33* Si l'on se réfère à la fig. 4, on voit que "chacun des injeeteurs 29 est raccordé 40 à un réservoir 37 d'emmagasinage de CQg liquide au moyen d'un 70 43763 4 2070749 conduit 39 et que..le débit de chacun des injeeteurs 29 est commandé ou réglé par/interrupteur de commande de température 41 qui est relié à un détecteur de température 43 monté dans le tunnel 21,de manière à régler.le débit de ces injeeteurs 29 à une valeur qui maintient la température régnant dans ce tunnel dans une gamme qui se trouve immédiatement au-dessus du point d'ébullition du CC>2 . De ce fait, le CC>2 liquide est pulvérisé à travers les injeeteurs 29 de façon à pénétrer dans le tunnel 21 sous la forme d'un gaz atomisé et il y est entraîné en circulation par les soufflantes 33 pour être réchauffé par.les produi ts alimentaires 47 se déplaçant le long du transporteur 25, de façon que les produits alimentaires soient ainsi congelés et que le C02 reste à son état gazeux , sa solidification étant empêchée ainsi que la formation résultante de glace sèche à l'intérieur du tunnel. Si l'on se réfère à la fig. 3, on voit que le tunnel 21 est formé par une chambre de congélation 51 comportant une entrée 53 à son extrémité de gauche et une sortie 55 à. son extrémité de droite. Le transporteur 25 peut avoir toute configuration classique et,dans celle représentée, il est formé par trois étages de bandes transporteuses sans fin 56, la bande transporteuse supérieure se déplaçant vers la droite et déposant les produits alimentaires 47 sur une plaque de transfert 57 qui guide les produits alimentaires vers le bas jusque sur la bande transporteuse intermédiaire 56 qui les transporte vers l'extrémité de gauche de la chambre 51 et les dépose sur une plaque de transfert 61 Qui transfère ces produits alimentaires jusque sur la bande transporteuse inférieure 56 qui les transporte vers l'extrémité de droite et les dépose sur une plaque d'évacuation 65. Un tablier incliné d'évacuation, référencé 69 dans son ensemble, est monté à l'extrémité de droite du tunnel 21 et est articulé à ce dernier, à son extrémité inférieure, au moyen de charnières 71 (fig. 1). L'extrémité supérieure du tablier incliné d'évacuation 69 est reliée à l'enveloppe du tunnel au moyen de barres d'accouplement 73 qui règlent son inclinaison. Le tablier 69 comprend une bande transporteuse sans fin 75 qui tourne dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à la fig. 3,de façon à délivrer les produits alimentaires 47 à un transporteur d'emballage 77. 70 43763 5 2070749 Si l'on se réfère aux fig. 1 et 2, on voit que les soufflantes 33 sont disposées verticalement sur le côté du transporteur .25 et qu'elles sont montées dans des châssis 81. Si l'on se réfère à la fig. 4, on voit que les injeeteurs 29 sont formés par -une buse 91 et un cylindre 93, cette buse et ce cylindre étant raccordés ensemble par un accouplement 95 enferme de U (fig. 2) portés par les supports de montage 96. Les buses 91 comportent des chambres 97 qui sont raccordées au conduit deCOg liquide au moyen de canalisations 99' L'extrémité avant des buses 91 comporte des orifices 101 et leurs extrémités arrière comportent des ouvertures 103 à travers lesquelles font saillie des pointeaux de commande 105. Les pointeaux 105 sont supportés, à leurs extrémités arrière, par des pistons respectifs 107 qui exécutent un mouvement de va-et-vient dans les_cylindres correspondants 93 et divisent ees cylindres en une première et en une seconde chambre sous pression 108 et 109. Ie.positionnement des pistons 107 pour commander ou régler 1'éccu lement à partir des orifices 101 est effectué au moyen du COg gazeux relativement froid qui peut être prélevé de la partie 110,remplie de gaz,du réservoir 37 d'emmagasinage de C0g liquide>de façon à éviter ainsi le réchauffement du COg liquide dont on règle ou commande l'écoulement. & cette fin, un conduit de vapeur 111 est raccordé à l'extrémité supérieure du réservoir 37 et deux tubes 113 et 115 s'étendent à partir de ce réservoir et sont raccordés aux cylindres 93 de part et d'autre des pistons respectifs 107 afin de communiquer avec les chambres sous pression respectives 108 et 109 . L'écoulement à travers les tubes 113 et 115 est réglé au moyen des vannes d'ouverture 117 et des vannes de fermeture 119 respectives. Les vannes 117 et 119 sont raccordées à l'interrupteur de commande de température 41 au moyen de conducteurs 121, 123 et 125. L'interrupteur de commande de température 41 est lui-même relié à la sonde de température 43 au moyen de conducteurs-127 et 129. On commande le fonctionnement de l'appareil de la présente invention pour la congélation d'aliments par du COg au moyen d'un dispositif.de commande 141 (fig. 1} que l'on peut régler sur la vitesse du transporteur de manière à obtenir le temps de séjour désiré pour la congélation dans la chambre 51 70 43763 6 2070749 suivant te produit alimentaire particulier en cours de congélation. On met en marche les soufflantes 33 on sous tension l'interrupteur de commande de température 4l de façon à déclencher, la pulvérisation à partir des injeeteurs respectifs 29. Il est généralement souhaitable de maintenir la température du tunnel en dessous de -62,2°C. Dans tous les cas, la température du tunnel doit être maintenue à une valeur supérieure au point d'ébullition à la pression atmosphérique du gaz carbonique liquide, c'est-à-dire -78,3°G. Tant que la température régnant dans le tunnel 51 diminue jusqu'à la température de réglage, l'interrupteur de commande 41 maintient les vannes de refroidissement 117 ouvertes de manière à maintenir sous pression le côté pointeau des pistons 107 et à maintenir les pointeaux 105 en retrait des orifices respectifs 101 afin d'assurer un écoulement de COg à une vitesse relativement grande pour refroidir le tunnel. Il est particulièrement important que le débit du COg liquide soit réglé ou commandé à l'orifice de sortie 101 et non pas en amont, dans l'une quelconque des canalisations de COg liquide,afin d'éviter ainsi une chute de pression intempestive dans les canalisations de COg^ liquide, chute de pression qui peut entraîner la vaporisation du gaz carbonique liquide,ce qui nuirait à l'écoulement dans cette canalisation. En outre, l'utilisation de COg gazeux froid pour commander le positionnement des pointeaux d'injeeteurs 105 maintient ces pointeaux froids de façon à réduire à un minimum la conduction de chaleur jusqu'au liquide se trouvant dans la chambre 108. Quand la température régnant dans la chambre 51 atteint au moins 73,3°C , le détecteur de température 43 actionne l'interrupteur de commande de température 41, de manière à fermer les vannes de refroidissement 117 et à ouvrir les vannes de réchauffement 119 afin d'entraîner ainsi les pointeaux de commande 105 en direction des orifices respectifs 101 pour arrêter l'écoulement à travers ces orifices. On peut alors placer les produits alimentaires 47 sur un transporteur d'amenée 151 afin d'introduire cesproduits alimentaires dans l'admission 53 située à l'extrémité de gauche du tunnel 51 (fig. 3), de manière qu'ils soient déposés sur l'extrémité de gauche de la bande transporteuse supérieure 56. Les produits alimentaires 47 sont transportés jusqu'à 70 43763 7 2070749 l'extrémité de droite de la bande transporteuse supérieure 56 où ils sont déposés sur la plaque de transfert 57 pour être amenés sur l'extrémité de droite de la bande transporteuse intermédiaire 56,de manière à être transportés jusqu'à l'extrémité de gauche de cette bande où ils sont transférés sur la plaque de transfert 61 et, en conséquence, amenés sur la bande transporteuse inférieure 56. Les produits alimentaires 47 se déplacent vers la droite le long de la bande transporteuse inférieure 56 et sont déposés sur le tablier d'évacuation 69 et amenés sur le transporteur d'emballage 77» Sur la totalité de leur trajet à travers le système transporteur 25* les produits alimentaires 47 sont soumis à une température d'environ -73.»3°C, de façon que leur congélation soit effectuée rapidement afin d'y éviter une déshydratation et une formation exagérée de cristaux. Pendant tout le processus de congélation, les gazeux injeeteurs 29 injectent le jet de COg/aans le flux traversant les soufflantes respectives 33 (fig- 2) où le jet relativement froid se trouve immédiatement réchauffé de façon que soient évitées la solidification indésirable ainsi que la formation résultante de glace sèche à l'intérieur de la chambre 51- D'après l'exposé qui précède, on voit que la demanderesse a créé un appareil de congélation d'aliments au moyen de COg,'appareil qui congèle les produits alimentaires à une vitesse relativement grande tout en évitant une détérioration par choc thermique et en empêchant la formation de glace sèche à l'intérieur du tunnel de congélation. En outre, le débit du COg liquide est réglé à l&idroit des injeeteurs pour empêcher dans les canalisations de COg liquide,les chutes de pression occasionnées par la/He^vannes de commande d'écoulement dans cen canalisations afin d'éviter ainsi la formation de vapeur. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnés qu'à titre illustratif et non limitatif et que l'on peut y apporter des variantes et des modifications sans sortir pour .autant du cadre général de la présente invention. 70 43763 8 2070749 REVENDICATIONS 1. Procédé pour congeler instantanément des produits alimentaires , caractérisé par le fait qu'il consiste : à placer lesdits produits alimentaires sur un transporteur pour qu'ils soient transportés à travers un tunnel de congélation du type comprenant un transporteur ; à envoyer du COg liquide audit tunnel et à l'atomiser dans ce tunnel dans un état gazeux; à faire circuler le COg gazeux froid de manière qu'il se produise un échange thermique entre ce COg et lesdits produits alimentaires; à détecter la température régnant dans le tunnel précité et à régler le débit de COg envoyé au tunnel précité de.façon à maintenir ladite température dans une gamme située légèrement au-dessus du point d'ébullition du COg à la pression régnant dans le tunnel susvisé afin de congeler ainsi lesdits produits alimentaires d'une façon relativement rapide tout en maintenant 15 le COg dans un état gazeux pour empêcher la solidification de ce COg dans le tunnel précité. 2. Procédé pour congeler instantanément les produits alimentaires suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le débit du COg liquide précité est réglé ou commandé à 20 l'endroit d'un injecteur placé dans ledit tunnel. 3. Appareil de congélation d'aliments au moyen de COg , caractérisé par le fait qu'il comprend: un tunnel comportant une chambre de congélation; un dispositif transporteur supporté dans ladite chambre; un dispositif de soufflage pour 25 faire circuler le COg gazeux dans ladite chambre; un dispositif d'injection monté dans ladite chambre; un dispositif d'emmagasinage de COg liquide; un agencement de conduits reliant le dispositif d'emmagasinage précité au dispositif d'injection susvisé; un dispositif de commande d'écoulement fonctionnant de 30 manière à régler le débit du dispositif d'injection précité; un détecteur de température placé dans ladite chambre ; et, enfin, un dispositif de commande de température relié entre le détecteur de température précité et le dispositif de commande d'écoulement et asservi à la température régnant dans ladite chambre de 35 façon à régler ou commander le débit dudit COg à travers le dispositif d'injection de manière à maintenir la température régnant dans ladite chambre dans -une gamme située légèrement au-dessus du point d'ébullition du COg à la pression régnant dans ladite chambre, grâce à quoi les produits alimentaires peuvent être 70 43763 9 2070749 placés sur ledit transporteur et le dispositif de commande de température commande le débit de C02 à travers le dispositif d'injection précité afin de maintenir relativement froide ladite chambre en vue d'une congélation rapide des produits 5 alimentaires tout en maintenant suffisamment chaud le COg précité pour éviter sa solidification dans ladite chambre. 4. Appareil de congélation d'aliments au moyen de COg suivant la revendication 3.» caractérisé par le fait que le dispositif d'injection précité comprend une buse comportant 10 un orifice de sortie et que le dispositif de commande d'écoulement règle l'écoulement audit orifice de façon à produire ainsi la chute de pression résultante à cet orifice de sortie. 5. Appareil de congélation d'aliments au moyen de COg suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le 15 dispositif d'injection précité comprend un élément mobile de réglage d'écoulement fonctionnant de manière à régler le débit du dispositif d'injection précité et que le dispositif de commande susvisé comprend un cylindre de commande supportant un organe d'entraînement mobile accouplé à l'élément de réglage 20 précité afin d'en commander le positionnement , lesdits cylindres de commande comportant une chambre sous pression disposée sur un premier côté dudit organe mobile, le dispositif de commande précité comprenant en outre me canalisation raccordant le • dispositif d'emmagasinage de COg à la chambre sous pression 25 précitée et un dispositif pour commander ou régler la communication à travers ladite canalisation^grâce à quoi la chambre sous pression précitée peut être mise sous pression avec du COg pour déplacer l'organe mobile précité ainsi que l'élément de réglage susvisé,de manière à régler le débit à travers le dis- 30 positif d'injection précité . 6. Appareil de congélation d'aliments au moyen de COg suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le dispositif d'injection précité est disposé dans le flux du dispositif de soufflage précité,grâce à quoi le COg pulvérisé 35 à partir de ce dispositif d'injection se trouve en contact direct avec le gaz relativement chaud circulant à travers le dispositif de soufflage précité. 7. Appareil de .congélation d'aliments au moyen de COg suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le 40 dispositif transporteur précité comprend plusieurs bandes 70 43763 10 2070749 transporteuses sans fin. disposées les unes au-dessus des autres et entraînées en sens contraire à des niveaux adjacents de manière à tranférer lesdits produits alimentaires vers le bas depuis l'un des niveaux jusqu'au niveau suivant en les faisant _ passer d'un côté à l'autre de ladite chambre. o 8. Appareil de congélation d'aliments au moyen de COg suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le dispositif de commande d'écoulement précité comprend un pointeau destiné à coopérer avec ledit orifice de manière à régler le débit à travers cet orifice. 9. Appareil de congélation d'aliments au moyen de COg suivant la revendication 5» caractérisé par le fait que le cylindre de commande précité comporte une seconde chambre de commande disposée sur le côté dudit organe mobile qui est opposé audit premier côté et que le dispositif de commande d'écoulement précité comprend une canalisation s'étendant depuis le dispositif d'emmagasinage précité jusqu'à ladite seconde chambre de commande ainsi qu'un dispositif relié au dispositif de commande de température précité pour commander l'application de la pression 20 par l'intermédiaire de ladite seconde canalisation;grâce à quoi la première chambre de commande peut être mise sous pression de manière à déplacer l^organe mobile précité dans ion sens et ladite seconde chambre de commande peut être mise sous pression pour déplacer ledit organe mobile dans le sens opposé. 25 10. Appareil de congélation d'aliments au moyen de COg suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la canalisation précitée est raccordée à la partie supérieure du dispositif d'emmagasinage précité de façon que du COg gazeux puisse parvenir à ladite chambre de commande.