Brevet FR2211401A1 — publié le 19740719

La présente invention concerne un procédé pour la production de bioxyde de carbone solide destiné, entre autres, à congeler des produits alimentaires et autres substances, et un ajutage pour la mise en oeuvre de ce procédé. Sous un de ses aspects, l'invention a pour objet de fournir un procédé pour produire du bioxyde de carbone solide sous forme de neige, procédé qui consiste à soumettre le bioxyde de carbone liquide à une diminution de pression contrôlée en passant à travers un ajutage. La pression doit tomber au-dessous du point triple du C02 (6,312 kg/cm2 à 56,6 C). De préférence, la matière qui sort de l'ajutage est soumise à un mouvement en circuit qui, d'après ce qu'on a constaté, augmente l'efficacité de la production de la neige. lie bioxyde de carbone liquide peut être à la température ambiante, c'est-à-dire 15,50C, par exemple, mai.s il est préférable de le refroidir préalablement, par exemple à -400C, ce qui permet d'utiliser une pression initiale plus basse et augmente l'efficacité de la production de la neige. Sous un autre de ses aspects, l'invention a pour objet un ajutage particulièrement utile pour la production de bioxyde de carbone solide sous forme de neige, ajutage qui comporte un orifice de sortie évasé vers l'extérieur, communiquant avec un passage d'alimentation à section annulaire. te bioxyde de carbone liquide arrive sous pression par le passage à section annulaire et se détend dans l'orifice de sortie évasé vers l'extérieur, ce qui provoque la formation d'une zone de pression relativement réduite au centre de l'orifice, de sorte que le bioxyde de carbone qui se détend est continuellement remis en circulation dans un courant tourbillonnant, circulation qui favorise remarquablement la production de la neige carbonique. De préférence, le passage à section annulaire s'évase en direction de l'orifice de sortie et la paroi extérieure de ce passage peut se prolonger pour former la paroi qui définit 1' orifice de sortie. L'ensemble de l'ajutage peut alors être constitué par un corps comportant un alésage qui se termine par un orifice de sortie évasé vers l'extérieur et une tige centrée à 1' intérieur de l'alésage, qui se termine parune tête également évasée vers l'extérieur. De préférence, la tige est déplaçable axialement relativement au corps pour permettre ue L-eg- eL- ld action du passage.L'angle de conicité de la tête est de préfé rence inférieur à celui de l'orifice de sortie, de sorte que la partie évasez cu cassage a une section annulaire qu augmente en direction de l'orifice de sortie L'angle de oniite' de la tête est de préférence oGO, tandis que celui de 'orifice de sortie est de préférence 700. Dans une forme exécution particulièrement avantageu- se, il est prévu des moyens pour déplacer la tige entre une position où sa tête vient en contact étanche avec l'extrémité intérieure de la paroi qui définit l'orifice de sortie (position dans laquelle la tête sert d'obturateur de soupape et ladite extrémité intérieure sert de siège, qui coopère avec l'obturateur pour fermer l'ajutage), et une position dans laquelle la tête se trouve à une certaine distarce de la paroi qui définit 1' orifice et délimite ainsi avec elle la partie évasée du passage annulaire. Dans une autre forme d'exécution particulièrement avantageuse, l'ajutage comporte des moyens pour déplacer la tige. entre deux positions dans lesquelles la section annulaire moyenne de la partie évasée du passage est différente, de sorte que 1' ajutage peut être utilisé pour produire de la neige carbonique suivant un mode 1'pulsé" sans fermeture complète (mode semblable au mode de combustion pulsé "haut/bas" d'un brûleur.) Les moyens pour déplacer la tige peuvent être constitués par un ressort qui déplace la tête vers l'extrémité intérieure de la paroi évasée de l'orifice de sortie et par un organe ou appareil d'actionnement, comme solénoïde, excentrique, came, vérin hydraulique ou pneumatique, agissant contre la force du ressort pour éloigner la tête de ladite extrémité intérieure ; ils peuvent aussi être constitués par un organe ou appareil d' actionnement à double effet, qui déplace la tête alternativement dans l'un et l'autre sens. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cet ajutage. Figure i est une vue en. coupe longitudinale d'une forme d'exécution de l'ajutage selon l'invention Figure 2 est une vue en élévatioh de l'autre forme d'exécution de cet ajutage ; Figure 3 est une vue en coupe suivant A - L de figure 2, l'ajutage étant fermé Figure' 4 correspond à la partie inférieure de la figure 3 et représente l'ajutage en position ouverte. L'ajutage représenté à la figure 1 comprend un corps cylindrique-métallique 1 (par exemple, en acier ou en laiton) mu- ni d'un alésage centra 2 qui se termine par un orifice de sortie tronconique 3. Près de son extrémité supérieure, le corps rn prC---- sente un alésage latvral 4, qui communique avec l'alésage central 2 et comporte une partie filetée de plus grand diamètre dans la quelle- vient se visser un tube 2'entrée p. Une tige 6, filetée à son extrémité supérieure, est centrée à l'intérieur de l'alésage 2 ; elle se visse dans une douille taraudée 7 fixée dans l'alésage 2, à l'extrémité supérieure du corps 1. Des moyens de réglage, tels qu'une fente 8 pour la prise d'un tournevis, peuvent être formés à l'extrémité supérieure de la tige, de façon à pouvoir, en vissant ou dévissant, régler sa position axiale relativement au corps 1. L'immobilisation de la tige dans la position désirée peut être assurée par un contreécrou 9. À son extrémité inférieure, la tige 6 préser.te une tête tronconique 10 évasée vers le bas, de façon à définir un passage annulaire tronconique Il entre la tête et la paroide l'orifice de sortie 3. La section générale du passage peut être réglée en réglant la position axiale de la tige 8. L'angle de conicité de la tête 10 est de 600, tandis que celui de orifice de sortie 3 est de 700, de sorte que la section du passage annulaire tronconique 11 augmente à mesure qu' on se rapproche de l'extrémité extérieure de l'orifice 3. De préférence, le corps 1 et le tube d'entrée 5 sont recouverts d'une chemise isolante 12 faite, par exemple, de mousse de polystyrène. tes dimensions de l'ajutage peuvent varier considérablement, bien que cela dépende quelque peu des pressions et des températures et, en particulier, du débit prévu pour le courant de bioxyde de carbone liquide. Celui-ci ehtre sous pression par-le tube d'entrée 5, s'écoule dans le passage annulaire cylindrique formé entre la paroi de l'alésage 2 et le corps de la tige 6, et se détend en s'écoulant dans le passage tronconique 11. On a COolSta q'en raison de la forme de l'ajutage, il se forme une zone de pression relativement réduite immédiatement à l'extérieur du centre de la tète 10 et au voisinage de l'orifice de sortie 3 top entier, de sorte qL'e le bioxyde de carbone qui se détend est ruen continuellement dans un courant tourbillounant indiqué par des flèches à le figure 1, courant qui affecte la formé générale d'un double torride On a constaté que cette remise en circulation favorise r.narquablement la production de la neige carbonique. Le bioxyde de carbone ou anhydride carbonique liquide est actuellement vendu dans le commerce dans des boutilles cylindriques où il est normalement conservé sous une pression de 50 kg/cm2 à la température ambiante. Toutefois, il est courant également de stocker l'anhydride carbonique liquide à une tempé- rature de -40 C et sous une pression d'environ 10 kg/cm- dans desréservoirs isolés par le vide.L'ajutage selon l'invention est utilisable avec ces deux sources classiques d'anhydride carbonique liquide et, en fait, avec d'autres sources qui pourraient cotre disponibles lorsque le bioxyde de carbone liquide est livré en bouteilles cylindriques, sous une pression de 50 k/cm2 et à une température de 15,60C, le rendement en neige carbonique est d' environ 25 %, le reste du bioxyde de carbone étant dispersé sous forme de gaz. Le rendement est très amélioré lorsque l'anhydride carbonique est employé à des températures inférieures à la tempéture ambiante. Par exemple, à - 40 C, le rendement en neige carbonique est d'environ 50 h. Alors, les ajutages peuvent être alimentés directement par les sources d'anhydride réfrigéré. Il se produit normalement une chute de pression de l'ordre de 0,7 kg/cm2 dans la conduite d'alimentation. On a constaté que la pression réduite à l'orifice de sortie de l'ajutage et le recyclage du bioxyde de carbone qui en résulte diminuent la vitesse de projection vers le bas du bioxyde de carbone solide en formant un courant tourbillonnant de neige qui peut être ainsi déposée facilement sur les produits alimen taires placés au-dessous de l'ajutage. Aux figures 2 à 4, les éléments constitutifs identiques ou similaires sont désignés par les mêmes référence3 qu'a la figure 1. La tige de l'ajutage est déplaçable entre une posi-lon (représentée à la figure 3), dans laquelle la tête 10 est en contact étanche avec l'extrémité intérieure 13 de l'orifice de sortie tronconique 3, servant ainsi d'obturateur qui coopère avec le siège constitué par l'extrémité inférieure de l'orifice, pour fermer l'ajutage, et une position (représentée à la figure 4), dans laquelle la tête 10 définit avec la paroi de l'orifice de sortie 3 un passage tronconique annulaire 11.Les moyens pour déplacer la tige 6 sont constitués par un ressort 14, qui tend à ramener la tête 10 contre l'extrémité intérieure 13 de l'orifice 3, et un organe ou appareil d'actionnement 15, qui est de préférence un vérin pneumatique et agit contre la force du ressort pour éloigner la tête 10 de l'extrémité intérieure 13 de l'orifice 3. lia course de l'appareil d'actionnement 15 peut être réglée de façon que la tige 6 se déplace entre deux positions dans lesquelles la section moyenne du passage annulaire Il est différente, de sorte que l'ajutage puisse être utilisé pour produire de la neige carbonique suivant un mode pulsé, sans fermeture complète, afin de réduire le choc thermique (par exemple, un peu comme le mode de fonctionnement "haut/bas" d'un brûleur). lia. tige 15 du véfin 15 n'est pas rendue solidaire de la tige 6 de l'ajutage, mais elle se contente de la pousser pendant la course de travail du vérin (figure 4) et l'on peut donc utiliser un ajutage àt.une tige d'ajutage standard avec n'importe quelle forme de vérin. Toutefois, il est préférable que le vérin 15 soit à double effet (comme le montrent les deux conduites d' alimentation 17 aux figures 2 et 3 , de façon que la contrepression ou un frottement ne puissent gêner le déplacement de la tige 6 par le ressort 14. Ce ressort pourrait être supprimé et un vérin à double effet relié à la tige 6 pour la déplacer dans les deux sens.De même, pour remplacer le ressort ou en supplément à celui-ci, la tige 6 peut être reliée au corps 1 par un soufflet (non représenté), fixé de façon étanche à la tige et au corps, et servant de ressort et/ou empêchant que le bioxyde de carbone s' échappe par d'autres passages que le passage annulaire 12 lorsque celui- ci est ouvert. Comme la tige 16 du vérin 15 n'est pas reliée à la tige 6 de l'ajutage, la posit-ion du vérin peut être réglée par des moyens qui assurent aussi que sa tige 15 se trouve bien dans 1' alignement de la tige 6 et qui consistent en une traverse 18 portant le vérin, une paire de vis 19 pour immobiliser la traverse 18, qui traversent des fentes 20 ménagées dans les flancs 21 d'un étrier fixé sur le corps 1, et une tige filetée 22 qui s'étend depuis l'extrémité du vérin éloignée de ajutage et traverse un trou 23 ménagé dans la partie transversale 24 de l'étri--r, une paire de contre-écrous 25 étant prévue pour la tige filetée 22, de part et d'autre de la partie transversale 24. On peut voir aux figures 3 et4 que orifice de sortie tronconique 9 ne s'détend pas aussi loin que la figure 1. Ceci n'a pas d'effet négatif sur la production de la neige carbonique et, de toute façon, l'ajutage représenté aux figures 2 a peut être incorporé a une grande variété d'appareils dans lesquels il n'est pas nécessaire de projeter la neige dans une direction déterminée. Toutefois, cet ajutage peut être utilisé dans des appareils munis d'un cornet qui prolonge orifice de sortie et donne à la neige en mouvement une direction particulière. REVUE I CTI IONS 1. - Procédé pour la production d'anhydride carbonique solide sous forme de neige, caractérisé en ce qu'il cosiste à soumettre de l'anhydride carbonique liquide à une diminutif de pression contrôlée lorsqu'il traverse un ajutage. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression est abaissée au-dessous du point triple de 1 ' anhydride carbonique. 3. - Procédé selon la reendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la matière quittant l'ajutage est soumise à un mouvement en circuit pour augmenter le rendement en neige carbonique. 4. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'anhydride carbonique liquide est préalablement refroidi. 5. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'anhydride carbonique liquide se trouve à une température de -40 C. 6-. - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'anhydride carbonique liquide se trouve sous une pression de 10 kg/cm2. 7. - Ajutage pour la mise en oeuvre du procédé selon l' une quelconque des revendications 1 à 6, caractérise en ce qu'il comporte un orifice de sortie évasé vers l'extérieur, communiquant avec un passage à section annulaire, par lequel arrive l'anhydride carbonique liquide. 8. - Ajutage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le passage annulaire s'évase vers le bas en direction de 1' orifice de sortie et en ce que la paroi extérieure du passage est prolongée pour former la paroi de l'orifice de sortie. 9. - Ajutage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un corps comportant un alésage qui se termine par un-orifice de sortie évasé vers l'extérieur et une tige centrée à l'intérieur de l'alésage, qui se termine par une tête également évasée vers l'extérieur. 10. - ajutage' selon la revendication 9, caractérisé en ce que la tige est déplaçable axialement relativement au corps pour permettre de régler la section du passage. 11. - Ajutage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'angle de conicité de-la tête est inférieur à celui de 1' orifice de sortie de façon que la section annulaire de la partie évasée du passage augmente à mesure qu'on se rapproche de 1' extrémité extêrlure de 'orifice de sortie. 12. - ajutage selon la revendication 11, caractérisé en ce que.l'arigle de conicité de la tête est 60t et celui de 1' orifice de sortie 7ç . i - ajutage selon la revendication 10, caractérisé en ce ou'il est prévu des moyens pour déplacer la tige entre une position où sa tête vient en contact étanche avec l'extrémité intérieure de la paroi qui définit l'orifice de sortie, et une position dans laquelle la tête se troupe à une certaine distance de cette paroi et délimite ave elle la partie évasée du passage. annulaire. 14. - Ajutage selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' il est prévu des moyens pour déplacer la tige entre deux positions dans lesquelles la section annulaire' moyenne de la pqrtie évasée du passage est différente. 15. - Ajutage selon la revendication 13 ou la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer la tige sont constitués par un ressort qui déplace la tête vers l'extrémité intérieure de la paroi évasée de l'orifice de sortie et parun organe ou appareil d'actionnement, qui agit contre la force du ressort pour éloigner l-a tête de ladite extrémité intérieure. 16. - Ajutage selon la revendication 13 ou la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens pour deplacer la tige sont constitués par un organe ou appareil d'actionnement à double effet, qui déplace la tête alternativement dans l'un ou l'autre sens. 17. - Ajutage selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que la tige est reliée au corps par un soufflet fixé de manière étanche à la tige et au corps.