Brevet FR2285923A1 — publié le 19760423

L'invention est relative à un dispositif statique pour ié- langer des matières susceptibles de s'écouler, notamment du lait de yaourt ou du lait caillé avec des concentrés ou des sirops de fruits ou d'autres produits d'addition. au cours d'un mouvement d'bcoulement de ces matières. De tels dispositifs servent par exemple à mélanger uniformément et intimement du lait de yaourt et un concentré de fruit, comportant des fruits entiers et/ou fragmentés, produits qui sont amenés simultanément dans des proportions déterminées au moyen de dispositifs doseurs ou transporteurs, le mélange s'effectuant sans altération. notamment sans écrasement. des fruits. On connait des dispositifs de ce genre, par exemple par la demande de brevet allemand publiée après examen sous le numéro 2.058.071, dans lesquels, dans une partie tubulaire parcourue par les matières à mélanger, notamment des éléments composants polyuréthanes pour la fabrication de polyuréthanes expansés, sont prévus un certain nombre d'éléments en forme de bandes, enroulés chacun en hélices de mêmes sens ou de sens contraires et disposés à la suite l'un de l'autre, dont les arêtes longitudinales stéten- dent jusqu'à la paroi du tube et dont les arêtes avoisinantes dirigées transversalement par rapport à la direction longitudinale du tube forment un angle. Ces dispositifs présentent l'inconvénient que pour obtenir une action intense de mélange il faut mettre en oeuvre un grand nombre d'éléments en forme de bandes, ce qui entraineune grande longueur du dispositif et des résistances d'écoulement élevées. En outre le nettoyage de tels dispositifs présente des dif facultés ; ils ne conviennent donc pas bien à la préparation de mélanges destinés ss la consommation humaine. L'invention a donc pour but de réaliser un dispositif mé- langeur statique de faible longueur et de faible résistance d'écoulement, qui soit d'un nettoyage facile, pour mélanger intimement sans cependant les altérer des matières susceptibles d'écoulement. Ce résultat est obtenu, conformément à l'invention, par le fait qu'à l'intérieur d'une chambre de mélange, de section droite annulaire, constituée par un cylindre extérieur et par un corps intérieur cylindrique disposé coaxialement dans ce cylindre, sont prévus un certain nombre de groupes disposés annulairement et constitués d'éléments déflecteurs. répartis régulièrement autour de l'axe et subdivisant le courant de matières à mélanger en courants partiels. qui, d'un groupe à l'autre, sont décalés les uns par rapport aux autres de telle manière que les courants partiels, au passage d'un groupe au suivant, sont divisés et sont réunis en nouveaux courants partiels. D'une manière avantageuse, la section efficace de la chambre de mélange est à peu près égale ou supérieure à celle des tubès d'arrivée et de départ des matières mélangées. L'invention est expliquée-plus en détail ci-après à'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente en perspective un dispositif conforme à l'invention, dont le cylindre extérieur a été arraché, comportant des éléments déflecteurs de forme anguleuse - la figure 2 représente schématiquement à plus grande échelle, le développement de la partie cylindrique du corps intérieur du dispositif de la figure 1 - la figure 3 représente en coupe un mode de réalisation de dispositif à corps intérieur subdivisé - la figure 4 montre l'association de plusieurs dispositifs mélangeurs en un ensemble dont les axes sont alignés - la figure 5 représente un autre mode d'association de dispositif mélangeur - la figure 6 représente en perspective isométrique deux pièces composantes d'un corps intérieur et - la figure 7 est une coupe longitudinale d'un dispositif à tirant d'assemblage creux. Dans le mode de réalisation de dispositif mélangeur représenté sur la figure 1, sur le corps intérieur cylindrique 1 sont prévus plusieurs groupes d'éléments déflecteurs 2 disposés annulairement, dont la hauteur est choisie de telle manière que leurs arêtes extérieures s'appliquent contre la surface intérieure du cylindre extérieur 3. L'espace compris entre le corps intérieur 1 et le cylindre extérieur 3 constitue la chambre de mélange. Les matières amenées par le tube d'arrivée 8 et constituées par exemple par du lait de yaourt et un concentrat de fruits, comportant des fruits entiers ou des fragments de fruits, qui doivent être convenablement mélangés, parviennent dans la cham bre de mélange à travers le passage formé par le cane d'entrée 4 et par la partie conique 6 assurant le raccordement entre le tube d'arrivée 8 et le cylindre extérieur 3. Le cane d'entrée 4 et la partie conique 6 sont de formes telles qu'ils offrent à la matière à mélanger une section de passage au moins égale à celle du tube d'arrivée 8 et du tube de départ 9. A l'entrée dans la chambre de mélange, le courant de matières est subdivisé par le groupe d'éléments déflecteurs 2e, disposés annulairesent,en quatre courants partiels, nombre égal au nombre d'éléments déflecteurs. Les éléments déflecteurs 2e forment des angles aigus avec les génératrices du corps intérieur et guident les courants partiels de ratières selon des hélices autour de l'axe longitudinal du corps intérieur. Les éléments déflecteurs 2 des groupes suivants sont décalés chacun par rapport à ceux du groupe précédent d'une demi subdivision angulaire, c'està-dire de 450 dans le mode de réalisation considéré ici à quatre éléments déflecteurs par groupe. De ce fait les quatre courants partiels sont divisés au passage d'un groupe à l'autre et sont réunis en quatre nouveaux courants partiels.Cette réunion des ratières issues de deux courants partiels contigus du groupe précédent d'éléments déflecteurs a pour effet que, lorsqu'on utilise par exemple des groupes à quatre éléments déflecteurs, dans chacun des courants partiels compris entre les éléments déflecteurs du quatrième groupe il se trouve des matières provenant de tous'les courants partiels forés à l'entrée du dispositif. Le tableau suivant illustre schématiquement ce qui se passe ler groupe 2ème groupe 3ème groupe 4ème groupe d a b a a -d a ~ d a b c a b c b b c a b c d c -- b c d c c d b c d a d c d a d a - c d a b Les courants partiels de matières à l'entrée du dispositif. c'est-i-dire entre les éléments déflecteurs du ler groupe (1er étage de mélange) sont désignées par a, b, c et d. Comme on le voit immédiatement les divers courants partiels du 2ème étage de m lange contiennent des fractions de deux courants partiels d'en triée. ceux du troisième étage de mélange des fractions de trois courants partiels d'entrée et ceux du quatrième étage de mélange des fractions des quatre courants partiels d'entrée. On se rend compte facilement que bien que les fractions de courants partiels a, b, c et d dans les quatre étages de mélange soient encore inégales, si on ajoute des étages de mélange supplémentaires les rapports a/b/c/d se rapprochent vite des rapports 1/1/1/1, c'està-dire d'un mélange uniforme. Ce raisonnement n'est valable cependant que si les courants partiels ne sont pas luminaires. Cette condition est toutefois remplie rien que par le fait que lors des divisions et des réunions en nouveaux courants partiels il se produit des tourbillons qui empêchent continuellement l'établissement de régimes luminaires d'écoulement et produisent un brassage dans chaque courant partiel. Conformément à l'invention, la formation de tourbillons dans les courants partiels est considérablement augmentée, ce qui fournit un brassage et un mélange intenses, par le fait que les éléments déflecteurs 2e, 2 et 2a, comme le montrent la figure 1 et le développement schématique du corps intérieur cylindrique 1 représenté sur la figure 2, sont inclinés par rapport aux génératrices du corps intérieur 1 de telle manière que les courants partiels des matières sont guidés selon des hélices autour de l'axe longitudinal du corps intérieur et que le sens de rotation du mouvement hélicoïdal des matières change dans chaque groupe d'éléments déflecteurs ou au passage d'un groupe au groupe suivant. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, les éléments défledteurs 2 présentent une pliure en leur milieu. Les courants partiels qui, à l'entrée dans un étage de mélange. c'est-à;-dire dans un groupe d'éléments déflecteurs. s'écoulent suivant par exemple une hélice "à droite" sont déviés à l'intérieur de l'étage de mélange et s'écoulent ensuite suivant une hélice "à gauche". Le sens du mouvement hélicoïdal des courants partiels change donc au passage de chaque pliure des éléments déflecteurs 2. Par suite de ce changement de sens il se produit des tourbillons qui assurent un bon brassage au sein des courants partiels. Après avoir franchi le dernier étage de mélange formé des éléments déflecteurs 2a disposés à la sor tie de la chambre de mélange, les matières parviennent, convenablement mélangées, dans le tube de départ 9 en franchissant le passage constitué par le cône de sortie 5 et la partie conique 7. Le mélange que permet d'obtenir le dispositif conforme à l'invention est d'autant meilleur qu'il existe un plus grand nombre d'étages de mélange, c'est-à-dire que le dispositif est plus long. D'une manière avantageuse la fabrication de dispositifs d'une certaine longueur est facilitée, comme on le voit sur la figure 3, lorsque deux corps intérieurs 10 et 12 sont assemblés au moyen d'une pièce d'accouplement 13 en un corps intérieur de longueur double qui est entouré par un cylindre extérieur li de longueur correspondante. Evidemment on peut assembler ainsi plus de deux corps intérieurs entourés par un cylindre extérieur commun. Il peut souvent être avantageux, à la place de très longs dispositifs, de raccorder à la suite l'un de l'autre un certain nombre de dispositifs plus courts. Selon les conditions locales on peut le faire en disposant à la suite l'un de l'autre plusieurs dispositifs mélangeurs 15, 16, 17 reliés par des pièces d'accouplement 18, 19, de la manière représentée sur la figure 4. ou en disposant parallèlement côte à côte plusieurs dispositifs mélangeurs 20, 21, 22 reliés par des pièces de raccordement coudées 23, 24 de la manière représentée sur la figure 5. La figure 6 représente deux pièces 25, de même forme, d'un corps intérieur, qui peut être formé par n'importe quel nombre de telles pièces composantes.25 disposées à la suite l'une de l'autre pour obtenir la longueur désirée du corps intérieur. Chacune de ces pièces composantes 25 en forme de cylindre creux porte un groupe de quatre éléments déflecteurs 26, la longueur de ces pièces composantes pouvant être égale à la longueur en direction axiale des éléments déflecteurs ou à un multiple entier de cette longueur. Les pièces composantes 25 présentent des moyens qui assurent la position correcte des éléments déflecteurs d'une des pièces composantes 25 par rapport à ceux des pièces composantes contiguës. Dans le mode de réalisation représenté ici, ces moyens sont constitués par des appendices 27 qui s'engagent dans des évidements correspondants 28 des pièces composanves voisines.Ces pièces composantes, une fois assemblées en un corps intérieur, peuvent sans difficulté être maintenues as semblées par exemple à l'aide de deux plaques d'extrémités reliées par un tirant.Les plaques d'extrémités elles-mêmes peuvent servir de supports aux cônes d'entrée 4 et de sortie 5 du corps intérieur, ou être réalisées d'une seule pièce avec ces cônes. Contrairement au mode de réalisation des figures 1 et 2, les éléments déflecteurs 26 sont réalisés ici sous la forme de tôles tordues sur elles-mêmes. Grâce à cette configuration. le brassage des matières se produit au sein des courants partiels. I1 est suffisamment intense pour qu'on puisse se passer de tout changement de sens des mouvements hélicoIdaux des courants par tiels, qui résultent de l'angle que les éléments déflecteurs 26 font avec les génératrices de la pièce 25. Tout mouvement héli cordal des courants partiels autour de l'axe longitudinal du dispositif est dans ces conditions superflu, c'est-à-dire que l'angle peut être réduit à zéro du fait que la torsion des éléments déflecteurs 26 imprime aux matières, à l'intérieur des courants partiels, un mouvement hélicoïdal correspondant à cette torsion. Ce mouvement hélicoïdal provoque des tourbillons intenses lors de la subdivision des courants partiels au passage d'une pièce composante 25 å la suivante. Avec certaines matières, l'opération de mélange doit être effectuée à des températures déterminées, supérieures ou inférieures à la température ambiante normale. L'invention a également pour but de maintenir ou d'amener les matières à mélanger à la température appropriée au cours de l'opération de mélange. Pour cela le tirant d'assemblage des pièces composantes 25 est réalisé sous forme creuse et peut être parcouru par un écoulement de fluide chauffant ou de fluide réfrigérant. Les plaques d'extrémités sont alors avantageusement réalisées d'une seule pièce avec les cônes d'entrée et de sortie. L'efficacité du chauffage ou du refroidissement peut encore être améliorée lorsque le tirant creux comporte, entre les plaques d'extrémités. des passages permettant au fluide chauffant ou au fluide réfrigérant de pénétrer à l'intérieur du corps intérieur cylindrique. La figure 7 représente un dispositif mélangeur ainsi construit. A l'intérieur du cylindre extérieur 31 est disposé le corps intérieur 32 qui est formé par assemblage de pièces composantes 33, 34 ... 34n et 35 qui sont montées à la suite l'une de l'autre sur un tirant 36, constitué par un tube. Ces pièces composantes sont maintenues assemblées par les plaques d'extré mités 37 et 38 qui sont réalisées d'une seule pièce avec les cônes d'entrée et de sortie. La plaque d'extrémité 37 est rigi devent liée au tirant 36, par exemple par brasage, par soudage ou par collage, de manière à empêcher le fluide chauffant ou réfrigérant de pénétrer dans la chambre de mélange 41 à partir de l'intérieur du tirant 36 ou de l'intérieur du corps intérieur 32.La plaque d'extrémité 38, d'une seule pièce avec le cône de sortie, est enfilée sur le tirant 36. Celui-ci est renforcé à sa sortie-du corps intérieur 32 et porte un filetage extérieur pour un écrou 39 au moyen duquel les pièces cosposan- tes 33 à 35 sont maintenues assemblées pour former le corps intérieur 32. Des moyens appropriés empêchent au niveau du cône de sortie aussi, le fluide chauffant ou réfrigérant de pénétrer dans la chambre de mélange. Dans la région située entre les plaques d'extrémités 37 et 38, c'estdire à l'intérieur du corps creux 32, le tirant présente des passages 40 pour le fluide chauffant ou le fluide ré- frigérant. Dans ces conditions on obtient un excellent échange therMique, à travers la paroi du corps intérieur 32, entre le fluide amené dans le tirant 36 et les matières contenues dans la chambre de mélange. D'une manière avantageuse. on applique le système dit i contre-courant, c'est-à-dire que pour une circulation des Ms- tières suivant la direction des flèches 42. le fluide chauffant ou le fluide réfrigérant est mis en circulation à travers le tirant 36 en sens contraire, c'est-à-dire suivant la direction des flèches 43. La grande surface du corps intérieur 32 dMne part. et le mouvement imprimé que les matières à mélanger subissent dans la chambre de mélange sous l'action des éléments déflecteurs du corps intérieur d'autre part, assurent un échauffement ou un refrcidisserent rapide et régulier des matières mélangées, jusqu'à la température désirée. Le dispositif conforme à l'invention offre l'avantage de présenter une faible résistance d'écoulement. On peut donc, avec des pressions de circulation relativement faibles, mélanger des débits importants de matières à mélanger sans altération de celles-ci. Un ut autre avantage de ce dispositif est sa facilité de nettoyage, ce qui permet son utilisation dans les industries alimentaires. Enfin, la capacité d'adaptation de ce dispositif à des conditions locales diverses est très avantageuse pour l'installation de celui-ci. Le dispositif conforme à l'invention procure en outre une possibilité simple de commander ou de régler à volonté la température des matières à mélanger au cours de l'opération de mé- lange. L'invention permet en outre, en utilisant plusieurs dispositifs mélangeurs montés à la suite l'un de l'autre, d'effectuer le mélange dans le premier ou les premiers étages par exemple à une température relativement élevée et de terminer l'opé- ration dans le dernier ou dans les derniers étages en refroidissant les matières à mélanger, pour les amener par exemple à urn température de stockage relativement basse. Cote il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif statique pour mélanger des matières susceptibles de s'écouler, notamment du lait de yaourt ou du lait caillé avec des concentrés ou des sirops de fruits ou d'autres produits d'addition. au cours d'un mouvement d'écoulement de ces matières, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'à l'intérieur d'une chambre de mélange, de section droite annulaire, constituée par un cylindre extérieur (3) et par un corps intérieur cylindrique (1) disposé coaxialement dans ce cylindre (3), sont prévus un certain nombre de groupes disposés annulairement et constitués d'éléments déflecteurs (2e, 2 et 2a), répartis régulièrement autour de l'axe et subdivisant le courant de matières à mélanger en courants partiels, qui, d'un groupe à l'autre, sont décalés les uns par rapport aux autres de telle manière que les courants partiels, au passage d'un groupe au suivant, sont divisés et sont réunis en nouveaux courants partiels. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section efficace de la chambre de mélange est à peu près égale ou supérieure à celle des tubes d'arrivée (8) et de départ (9) des matières mélangées. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps intérieur (1) est délimité et fermé, suivant ses deux surfaces d'extrémités, par un cône d'entrée (4) et par un cne de sortie (5) et que le raccordement du tube d'arrivée (8) à la paroi extérieure du cylindre extérieur (3) formant la chambre de mélange est formé de telle manière que la section efficace de la partie de raccordement soit partout au moins égale à celle du tube d'arrivée (8). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments déflecteurs (2e) ou des parties des éléments déflecteurs qui établissent les courants partiels du premier groupe sont inclinés suivant des angles égaux par rapport aux génératrices du corps intérieur (1), que les courants partiels de matières à mélanger sont guidés selon des hélices autour de l'axe longitudinal du corps intérieur (1) et que le sens du mouvement hélicoïdal des matières change dans chaque groupe d'éléments déflecteurs ou au passage d'un groupe au suivant. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la totalité des éléments déflecteurs (26) sont inclinés suivant des anales égaux () par rapport aux génératrices des pièces composantes (25) du corps intérieur (1) et sont tordus sur eux-mêmes. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revend cations 1 à 5, caractérisé en ce que le corps intérieur est constitué par assemblage de pièces composantes (25), dont la longueur en direction axiale est égale à celle des éléments déflecteurs (26) ou à un multiple entier de cette longueur et qui sont maintenues assemblées au moyen de deux plaques d'extrémités (37, 38) reliées par un tirant (36). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tirant (36) est réalisé sous forme creuse et est parcouru par un écoulement de fluide chauffant ou de fluide réfrigérant. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les plaques d'extrémités (37, 38) sont réalisées d'une seule pièce avec les cônes d'entrée et de sortie. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le tirant (36), dans sa région située entre les deux plaques d'extrémités (37 et 38), comporte des passages (40) qui permettent au fluide chauffant ou au fluide réfrigérant de pénétrer à l'intérieur du corps intérieur cylindrique (32).