Brevet FR2132548A1 — publié le 19721124

la présente invention concerne d'une façon générale des installations de transport à secousses pour transporter des matières et les exposer à une atmosphère réglée et plus spécialement des installations de transport à secousses utilisées pour la lyophile sation de produits alimentaires liquides tels que le café, le thé, les jus de fruits, etc., qui sont traités en continu pendant une période de temps relativement courte. Si l'on utilisait un seul convoyeur à secousses rectiligne pour transporter 12 matière, il devrait être très long et la chambre dans laquelle le traitement est effectué devrait naturellement avoir une longueur correspondante. En outre, les vibrations du plancher et la fatigue mécanique des composants du système d'entrai- nement du convoyeur poseraient de graves problèmes. Au cours de l'utilisation et du fonctionnement de l'installation, des problèmes graves seraient également posés par la dilatation et la contraction différentielles des composants du convoyeur à secousses, des éléments de support, des canalisations, etc. lorsqu'ils sont utilisés pour mettre cn oeuvre un traitement impliquant des températures très basses comme la lyophilisation. Belon la prUsen'e invention, une installation de transport à secousses a la forme d'un båti de support et d'un trajet à secousses à plusieurs niveaux, le bâti et chaque niveau du trajet étant reliés à dos conduits réservés au milieu d'échange de chaleur de façon que le bati et ie trajet puissent être maintenus -sensiblement à la même température pendant que le trajet vibre à une fréquence optimale. Cette construction permet d'entraver au minimum les conditions de traitement ou le fonctionnement de l'appareil par suite de la vibration ou des variations de dimensions dues à la teapérature. Jeans une forme de réalisation décrite de l'installation de transport à secousses, le bâti se compose d'éléments horizontaux et entre eux d'éléments verticaux qui ont la forme de conduits destinés à acheminer un fluide de transmission de chaleur vers des composants verticalement espacés du convoyeur. Le convoyeur luimême a la forme d'une série de plateaux de transport verticalement espacés montés à l'intérieur du båti, chacun d'eux comportant un canal pour acheminer le fluide de transmission de chaleur et engendrer une température désirée sur la surface des plateaux transpor teurs.Etant donné que le fluide de transmission de chaleur passe simultanément dans les conduits du bâti et les canaux des plateaux transporteurs, la longueur du bati change à mesure que la longueur des plateaux varie en réponse à la variation de la température, ce qui réduit au minimum l'effet des variations de dimensions dues à la température. Des vibrateurs qui peuvent être supportés par ie båti font vibrer des paires de plateaux transporteurs en relation antagoniste à la fois dans le sens vertical et dans le sens horizontal pour réduire ainsi au minimum la transmission des forces des vibrations au båti.Dans une installation préférée, quatre pla teaux transporteurs vertIcalement espacés sont montés en position superposés sur les éléments verticaux du bâti par des ressorts plats qui sont orients ooliouement par rapport aux éléments verticaux. Be vibrateur comporte un premier élément oscillant relié par les ressorts plats à deux des plateaux et un second élément oscillant relié aux deux autres plateaux, lesdits éléments oscillants étant actionnés par des organes excentriques diamétralement opposés, de manière à annuler les forces des vibrations verticales et horizontales transmises par les excentriques aux éléments oscillants. Il en résulte une entrave minimale des conditions de traitement et du fonctionnement de l'appareil par suite de la vibration et une transmission minimale des forces des vibrations aux composants fixes du bâti de support. En conséquence, la présente invention a pour objet une ins- tallation de transport à secouss-es qui est relativement ramassée, qui est relativement peu affectée par des variations de dimensions dues à la température et qui réduit au minimum la vibration du sol, la fatigue mécanique et autres effets nuisibles d'une vibration continue et prolongée ; qui est conçue de manière à réduire au minimum les effets d'une variation différentielle de la longueur des surfaces de support et de transport due à des variations de la température ; et qui est destinée à être utilisée dans une chambre de iyophinisation sous vide. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mazais nullement limitatif, une forme de réalisation de l'invention. Sur ces dessins les figures 1 et 2 représentent ensemble une élévation verticale d'une chambre de lyophilisation utilisable avec le procédé et l'appareil de la présente invention la figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 2 la figure 4 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la figure 1 la figure 5 est une vue à plus grande échelle d'une partie de l'appareil suivant la ligne 5-5 de la figure 3 la figure 6 est une vue à plus grande échelle d'une partie de l'appareil suivant la ligne 6-6 de la figure 2 la figure 7 est une vue détailiée à encore plus grande échelle suivant la ligne 7-7 de la figure 6 la figure 8 est une ve anaiogue suivant la ligne 8-8 de la figure 6 la figure 9 est une vue en plan analogue suivant la ligne 9-9 de la figure 6 la figure 1C est une vue analogue par-dessous suivant la ligne 10-10 de la figure 6 la figure 11 est une coupe suivant la ligne 11-11 de la figure 9; la figure 12 est une autre vue détaillée à plus grande échelle suivant la ligne 12-12 de la figure 6 ; la figure 1Â est une vue analogue suivant la ligne 13-13 de la figure 12 la figure 14 est une vue analogue suivant la ligne 14-14 de la figure 6 ; et la figure 15 est une vue analogue suivant la ligne 15-15 de la figure 14. A titre Illustratif, l'appareil sera décrit ci-après conjointement à une installation de lyophilisation de particules congelées dtun extrait liquide,par exemple les particules individuelles d'un extrait de café congelé. Cependant, il est bien entendu que l'appareil décrit peut être utilisé avantageusement dans une grande diversité de procédés impliquant simultanément un échange de chaleur et un transport à secousses. Comme on le voit sur la figure 1, la lyophilisation est effectuée dans une chambre sous vide sensiblement exempte d'air 42. Pour maintenir les conditions désirées dans la chambre, des particules congelées sont introduites par intervs11e ar l'intermédiaire d'un sas (non représenté) dans une trémie Interne d'alimentation 50 prévue à l'intérieur de la chambre 42 d'où les particules congelées sont déposées sur un alimentateur vibratoire réglable 52 à un débit uniforme et réglé pour être acheminé vers un convoyeur à secousses situé dans la chambre de lyophilisation. Comme représenté, le convoyeur à secousses comporte une série de plateaux transporteurs vibrants verticalement espacés 54, 56, 58 et 60 qui seront décrits plus en détail ci-après.Dans la forme de réalisation décrite, les plateaux individuels sont refroidis pour conserver les caractéristiques désirées des particules à mesure quelles sont lyophilisées tout en étant soumises simultanément à une énergie radiante pour sublimer la glace qu'elles contiennent et la transformer en vapeur. Comme on le décrira également ci-après, le convoyeur à secousses est entouré de chaque côté d'une série de condenseurs 62 (voir figure 3) qui sont maintenus à une basse température convenable (c'est-à-dire -45 à -730C) par un agent réfrigérant convenable tel qu'un cryogène liquide. En général, les condenseurs fonctionnent comme des pompes très rapides et maintiennent une basse pression, ce qui provoque la condensation et la congélation de la vapeur d'eau et autres gaz condensables sur les surfaces froides des plaques des condenseurs. Comme on le voit sur la figure 1, les particules congelées déposées sur le plateau transporteur supérieur se déplacent avec un mouvement saccadé vers la droite de la chambre et sont périodiquement retournées par l'action vibrante du convoyeur. En atteignant l'extrémité du convoyeur 54, les particules tombent et sont déviées sur le plateau transporteur sous-jacent 56 où se répète l'action de transport jusqu'à ce que les particules, en atteignant l'extrémité du plateau transporteur 56, tombent de nouveau et soient déviées sur le plateau 58 situé au-dessous. Les particules continuent à se déplacer le long du trajet vibrant formé par le plateau 58 jusqu'd ce qu'elles tombent de nouveau sur le transporteur sous Jacent 60 où se répète le transport à secousses jusqu'à ce que les particules tombent finalement dans la trémie 74 réservée au produit. Pendant toute la progression le long du trajet des transporteurs 54, 56, 58 et 60, ia glace contenue dans les particules congelées est efficacement sublimée et éliminée pour être transférée vers les plaques 62 du condenseur. Ces dernières sont périodiquement débarrassées de la glace en appliquant un agent réfrigérant plus chaud, ce qui fait tomber la glace au fond de la chambre où elle est recusillie sur une courroie transporteuse 76 pour ltévacuer de l'installation, par exemple par l'intermédiaire d'un sas convenable comportant un concasseur 86. L'installation de transport à secousses de la présente invention offre l'avantage particulier d'éviter d'entraver les conditions réglées d'équilibre régnant dans la chambre de lyophilisation par transmission de la chaleur et des forces vibratoires à la chambre et également, du fait que les plateaux transporteurs ne sont eux-mêmes pas Beaucoup affectés par les variations de température se produisant dans la chambre de lyophilisation. Comme on le voit en particulier sur les figures 1 à 4, le convoyeur à secousses (désigné d'une façon générale par 180) comporte des paires de olateaux transporteurs verticalement espacés 54, 56 et 58, 60, qui sont superposés dans une charpente tubulaire de support 189 qui est suspendueglle-mFme au sommet de la chambre de lyophilisation 42. La suspension qui comporte des pivots supportés librement 184, est destinée G isoler le convoyeur à secousses et son mécanisme de vibrations de la chambre de lyophilisation, en réduisant ainsi au minimum la transmission des forces vibratoires à la chambre.Les plateaux transporteurs distincts sont également montés élastiquement dans la charpente tubulaire 182 par des ressorts plats 186, 188, 190 et 192 à intervalles sur toute la longueur des plateaux transporteurs, comme on le décrira plus loin. Comme on le voit en particulier sur les figures 3 à 5, la charpente tubulaire 182 comporte des éléments longitudinaux supérieurs 194 et 196 et des éléments longitudinaux inférieurs 198 et 200 qui sont tubulalres pour faciliter la circulation du liquide de refroidissement. La charpente comporte également des entretoises transversales 202 et des ertretoises verticales 204 qui, si on le désire, peuvent être également sous forme tubulaire pour relier les éléments 194, 196, 198 et 200 latéralement et verticalement. Comme précédemment indiqué, la charpente tubulaire peut entre alimentée en liquide de refroidissement pour l'cgaliser en fonction des variations de température. les plateaux transporteurs distincts 54, 56, 58 et 60 sont de même construction et, étant donné que l'on désire obtenir une installation équilibrée, ils sont généralement de dimensions et de poids identiques et sensiblement de même longueur. Comme on le voit en particulier sur les figures 9 et 10, la surface supérieure de chaque plateau est formée d'une série de plaques à recouvrement 210 qui sont reliées aux batiks latéraux des plateaux près d'un bord latéral 207 comme indiqué en 209,de manière à permettre un réglage coulissant dans le sens de la longueur près de l'autre bord latéral 211 qui repose et coulisse librement sur la partie marginale reliée de la plaque adjacente 210.Comme représenté, chaque plaque individuelle comporte un serpentin de refroidissement 212 sous la surface de la plaque supérieure qui est alimentée en fluide de re froidissement à partir d'une conduite 154 par l'intermédiaire d'un flexible (non représenté) relié au conduit d'alimentation 213 de chacun des plateaux (voir figure 13). Les plateaux et leurs plaques à recouvrement sont soumis individuellement à une vibration de la manière décrite ci-après de façon que les particules congelées se déplacent le long des plaques 210 qui forment la surface de transport. A cause du chevauchement des plaques 210, les extrémités de sortie sont légèrement plus hautes que les extrémités d'entrée,de sorte que la matière transportée est retournée lorsqu'elle passe d'une plaque à l'autre, ce qui garantit une lyophilisation plus uniforme de la matière. Comme précédemment indiqué, les plateaux transporteurs sont montés élastiquement pour vibrer dans la charpente 182 par des paires de ressorts plats fixés par une extrémité aux plateaux et par l'autre extrémité aux consoles verticales 204 de la charpente. Ainsi, comme on le voit en particulier sur les figures 6 à 8, le plateau supérieur 54 est supporté en position espacée verve le haut par deux ressorts plats 186, fixés aulx plateaux par des éléments de serrage 218 et aux montants verticaux 204 par des éléments de serrage 220 (figure 7). le plateau 56 qui est sous-jacent est supporté de la même manière mais est suspendu par des paires de ressorts plats 188 fixés aux plateaux par des éléments de serrage 222 et aux montants verticaux par des éléments de serrage 224.En général, les angles d'inclinaison vers le haut et vers le bas des paires de ressorts 186 et 88 sont sensiblement identiques et sont choisis de manière à obtenir es caractéristiques optimales de déplacement des particules congelées le long des plateaux transporteurs. Comme on le voit en particulier sur les figures 2 et 6, les plateaux inférieure 58 es 60 sont montés pour vibrer dans la charpente 182 par les paires de ressorts plats 190 et ,92 sensiblement de la même manière que la paire supérieure de plateaux. En se référant à la figure 6, il convient de noter que les plateaux supérieurs 54 et 56 sont montés pour vibrer ensemble sous l'action d'un bras oscillant 230,tandis que les plateaux inférieurs 58 et 60 sont montés également sous forme d'une paire pour vibrer sous l'action d'un bras oscillant 233. lie dispositif de commande destiné à faire vibrer les paires de plateaux 54, 56 et 58, 60 comporte un moteur 534 qui est monté de préférence à l'extérieur de la chambre de lyophilisation. le moteur entraxe par l'intermédiaire d'un arbre flexible 236 des paires d'excentriques 238 et 240 coopérant avec les bras 230 et 233 respectivement. Comme on le voit sur les figures 5 et 6, les deux excentriques 238 et les deux excentriques 240 sont décalés de 1800 de manière à être diamétralement opposés.Ainsi, à mesure que les deux excentriques 238 font tourner dextrorsum les prolongements 242 du bras oscillant 230 (en observant la figure 6), les deux excentriques 240 font tourner sinistrorsum les prolongements 244 du bras 237. A mesure que la rotation des excentriques se poursuit, la direction de rotation des prolongements 242 et 244 est inversée. La direction de déplacement horizontal des plateaux supérieur et inférieur 54 et 6C est toujours la même et le mouvement horizontal des plateaux intermédiaires 56 et 58 est également le même, mais dans une direction opposée à celle des plateaux 54 et 60, ce qui équilibre les forces horizontales dans la charpente.Au contraire, lorsque le plateau supérieur 54 se soulève, le plateau inférieur 60 descend et,d'une manière analogue, le plateau intermédiaire supérieur 56 monte lorsque le plateau intermédiaire inférieur 58 descend, ce qui équilibre les forces verticales dans la charpente. le fonctionnement décrit produit ainsi un mouvement vibratoire équilibré entre les paires de plateaux qui se maintient dans toutes positions du cycle de vibration En ce qui concerne le montage des excentriques, il est bien entendu que les éléments oscillants 230 et 233 sont montés de manière à tourner librement, respectivement sur des arbres transver saux 246 et 248 portés par la charpente. Bes excentriques 238 sont reliés aux bras oscillants 230 par des ressorts plats 250 et les bras oscillants 242 sont également reliés aux plateaux transporteurs 54 et 56 par des ressorts plats 252, de manière à fournir l'élasticité désirée. D'une façon analogue, les excentriques 240 sont reliés aux bras oscillants 253 par des ressorts plats 254 et les bras oscillants 244 sont reliés aux plateaux transporteurs 58 et 60 par des ressorts plats 256.La puissance nécessaire est très réduite dans l'installation équilibrée décrite, étant donné que l'énergie emmagasinée à la fin de chaque course est réappliquée aux plateaux dans des directions opposées, déduction faite de la petite perte due au frottement. vn conséquence, dès que l'installation a atteint sa fréquence de fonctionnement naturel, la seule énergie supplémentaire qui doit être appliquée par la transmission par 1 'intermé- diaire des excentriques correspond à la faible force nécessaire pour compenser les pertes de frottement. D'après ce qui précède, il est évident que les forces fondamentales (statiques et dynamiques) de vibration engendrées par les quatre plateaux transporteurs ont tendance à s'annuler dans la charpente T82,de sorte que la transmlssion des forces vibratoires de la charpente à la chambre de lyophilisation 42 est réduite au minimum. En général, l'aipllade de vibration ainsi que le "pas" et la "coursen des plate#art transporteurs 54 à 60 dépendent de la construction et de la disposition des excentriques 238 et 240, des bras oscillants 230 et 233 et des ressorts piats 186, 188 et 190, t92. D'une manière analogue, la fréquence de vibration dépend de la vitesse de rotation du moteur 234 et de la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement 236. Pour que les forces que doivent transmettre les éléments d'entraînement soient maintenues au minimum, ce qui permet d'utiliser des éléments d'entraînement plus légers et plus petits, il est souhaitable que le système de suspension soit entraîné à sa fréquence propre.Dans 'Installation décrite, on le réalise en utilisant des liaisons d'entrainement (par exemple les composants 250 à 256) et des supports des plateaux transporteurs (par exemple les composants 186 à 192) qui ont la forme de ressorts plats ayant la rigidité nécessaire pour produire une fréquence de vibration propre de l'installation approchant la "fréquence" de l'entrainement par excentrique comme défini plus haut. Naturellement, on peut choisir des éléments élastiques appropriés en pratique et l'entrainement peut être commandé de manière à parvenir à un état correspondant à la fréquence propre de vibration du système de suspension. Au cours du fonctionnement général du convoyeur à secousses décrit, les particules congelées sont avancées tout d'abord le long du plateau transporteur supérieur 54 où elles sont soumises à un refroidissement par-dessous et à un chauffage par une source d'énergie radiante située au-dessus du plateau supérieur. Les particules partiellement lyophilisées sont déchargées à l'extrémité du plateau transporteur 54 en 68 et tombent successivement sur les plateaux vibrants 56, 58 et 60 situés au-dessous. Su cours de chaque passe sur ces plateaux, elles sont refroidies par-dessous par le serpentin de refroidissement 212 tout en étant chauffées simultanément par en haut par la source d'énergie radiante 214 portée par le piateau transporteur sous-jacent.Finalement, les particules lyophilisées tombent dans la trémie 74 pour être évacuées de l'installation de la manière précédemment décrite. De nombreuses modifications peuvent être apportées à la disposition et à l'utilisation de l'appareil décrit. Par exemple, bien que la description concerne l'utilisation de l'appareil pour la lyophilisation cie liquides aqueux contenant des matières solides, l'appareil pourrait outre facilement adapté à d'autres applications, par exemple le séchage de matières particulaires solides ou semisolides, la congélation de matières particulaires, le traitement thermique (par exemple le grillage), ia déshydratation de diverses matières non congelées et,en fait,pratiquement tous procédés ou traitements dans lesquels la combinaison d'un réglage de température et d'un transport à secousses serait utile ou Inn--e. Dean procédés de traitement thermique (ou de grillage) du produit, il est bien entendu qu'ure fluide d'échange de chaleur maintenu à une température supérieure à celle du produit serait introduit dans la charpente tubulaire et dans les serpentins des plateaux transporteurs pour les égaliser en fonction de la variation de la tempé- rature. On pourrait également supprimer une enceinte ou la chambre sous vide 42 dans une installation utilisée dans des conditions atmosphériques. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. REVSIBICA?IONS 1. Appareil de traitement d'une matière sous forme particulaire pendant son transport, appareil caractérise en ce qu'il comporte une charpente formée d'éléments horizontaux et d'éléments verticaux entre ces derniers, un convoyeur à secousses eomprenant des plateaux transporteurs verticalement espacés montes dans la charpente, ledit convoyeur à secousses comportant un dispositif pour faire vibrer les plateaux verticalement espacés, un canal sous la surface supérieure de chacun des plateaux dans lequel passe un fluide pour donner aux plateaux une température désirée et un canal dans les éléments de la charpente pour le passage d'un fluide a' une température analogue à celle du fluide passant dans les canaux des plateaux, de manière à réduire au minimum l'effet d'une variation de la longueur des plateaux provoquée par une variation de la température. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une série d'au moins quatre plateaux transporteurs verticalement espacés montés dans la charpente et un vibrateur destiné à faire vibrer des paires de plateaux en opposition dans le sens vertical et le sens horizontal pour réduire au minimum la transmission des forces vibratoires à la charpente. 3. Appareil selon les revendications 1 et 2 prises ensemble, caractérisé en ce que les plateaux transporteurs sont suspendus élastiquement dans la charpente par des ressorts plats qui sont orientés obliquement par rapport aux éléments verticaux de la charpente. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le vibrateur fait vibrer la suspension à une fréquence correspondant sensiblement à sa fréquence naturelle. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que des premier, deuxième, troisième et quatrième plateaux transporteurs verticalement espacés sont montés en position superposée sur les éléments verticaux par des ressorts plats qui soiit orientés obliquement par rapport à ces derniers, un premier dispositif oscillant à une extrémité de la charpente et relié par des ressorts plats au iremier et deuxième plateau2, un second dispositif oscillant à ladite extrémité de la charpente et relié par des ressorts plats aux troisiO et quatrième plateaux, un dispositif d'entraînement, un arbre commandé par le'dispositif d'entrainement, des premier et second excentriques opposés sur l'arbre, des ressorts plats reliant les premier et second excentriques autiremier et second dispositifs oscillants,respectivement. 6. Appareil selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des plateaux comporte plusieurs plaques dont une extrémité de chacune d'elles est plus haute que l'extrémité adjacente d'une plaque suivante, de façon que la matière transportée le long du plateau soit retournée lorsqu'elle tombe de l'extrémité supérieure d'une plaque pour être déposée sur l'extrémité de la plaque adjacente. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une chambre fermée d lyorhilisation entoure la charpente dans laquelle passent le fluide et le convoyeur à secousses monté dans cette dernière, la charpente étant suspendue dans la chambre fermée de lyophilisation, et un dispositif d'en traitement pour le convoyeur à secousses monté à l'extérieur de la chambre de lyophilisation.