Brevet FR2396248A1 — publié le 19790126

La présente invention concerne une installation pour surgeler des produits, par exemple des produits alimentaires, entiers ou coupés en morceaux, ou encore sous forme de particules. Les installations de surgélation connues sont généralement conçues en fonction d'une application spécifique, et la plupart d'entre elles ne peuvent pas, à moins de transformations importantes, surgeler aussi bien des produits entiers ou en morceaux que des produits sous forme de particules ; de plus, la surgélation de particules adhérentes est toujours extrtmement délicate, voire impossible, lorsqu'il est nécessaire que ces particules soient surgelées individuellement. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et également de créer une installation de surgélation permettant de surgeler des produits, tels que des produits alimentaires, rapidement et moyennant un faible prix de revient. A cet effet, l'invention concerne une installation pour surgeler des produits, caractérisée en ce qu'elle comporte un appareil d'introduction à sas recevant les produits à surgeler, une enceinte étanche pour traiter les produits à surgeler transmis à son entrée par l'appareil dlintroduction à sas, cette enceinte étanche contenant de l'anhydride carbonique à l'état liquide pour y tremper les produits à surgeler, et de l'anhydride carbonique à l'état gazeux, la pression dans l'enceinte étant supérieure à la pression atmosphérique, l'enceinte étanche étant mimie d'un dispositif de transport pour prélever les produits en cours de surgélation dans l'anhydride carbonique liquide et les transporter à la sortie de l'enceinte, un appareil d'évacuation à sas pour recevoir les produits apportés par le dispositif de transport et sortant de l'enceinte et les évacuer de l'installation, un conduit d'échappement de gaz partant de l'enceinte pour laisser s'échapper l'excès de gaz, un compresseur relié au conduit d'échappement pour comprimer cet excès de gaz, un liquéfacteur relié au compresseur pour liquéfier le gaz comprimé, et un conduit d'alimentation en liquide relié au liquéfacteur et débouchant dans l'enceinte pour y amener l'anhydride carbonique liquide. La surpression et le contact direct des produits avec l'anhydride carbonique liquide ou analogue permettent une très grande rapidité de surgélation ; il est ainsi possible d'obtenir la surgélation individuelle de particules adhérentes ; de plus, le recyclage de ce fluide procure une économie telle que cette installation à fluide cryogénique sous forme liquide n'est pas plus onéreuse qu'une installation à froid classique. Le fait que l'anhydride carbonique, considéré comme non toxique pour a surgélation dans tous les pays du monde, présente les propriétés physiques requises, rend 3.'installation particuJièrement appropriée à la surgélation de produits alimentaires. Selon une caractéristique de l'invention, tinstallation comporte au moins une pompe reliée à au reins un sas pDur y prélever l'anhydride carbonique résiduel et à l'enceinte pour y réintroduire cet anhydride carbonique: il en résulte encore une réduction du coût de fonctionnement, gracie à l'économie supplémentaire en fluide réalisée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pression dans l'enceinte est de l'ordre de 6 bars, et le compresseur relié aj liquéfacteur y amène l'anhydride carbonique à une pression voisine de 12 bars; aussi l'anhydride carbonique peut être reliquéfié simplement en doublant sa pression. D'autres caractéristiqu.3s et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés en représentant es formes de réalisation préférentielles, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation de l'invention les figures 2A, 2B, 2C représentent schématiquement les phases de fonctionnement d'un appareil d'introduction à sas équipant l'installation de la figure 1 les figures 3A, 3E représentent schématiquement les phases de fonctionnement d'une variante de réalisation d'un appareil d'introduction à sas pouvant également équiper une installation selon l'invention. L'installation de l'invention comporte une enceinte étanche 10 munie à sa partie inférieure d'un bac 101 contenant, pour y tremper les produits à surgeler, de l'anhydride carbonique à l'état liquide ou un fluide analogue, c'est-à-dire un fluide cryogenique non toxique, dont la température d'ébulli- tion se situe nettement en dessous de 0gC pour une pression de quelques bars ; ici, l'enceinte 10 est sous atmosphère gazeuse (de l'anhydride carbonique), à une pression de 6 bars ou légè rement supérieure pour laquelle la température d'ébullition du CO2 est de l'ordre de -57 C ; un dispositif de transport 102, tel qu'une chaîne à godets (dont quelques uns seulement sont représentés pour ne pas surcharger le dessin), est disposé obliquement dans l'enceinte 10, son extrémité inférieure trempant dans l'anhydride carbonique, afin d'en retirer les produits immergés et de les transporter vers la sortie de l'enceinte ; des perforations permettent l'écoulement d'une partie de l'excédent d'anhydride carbonique liquide des produits. Un appareil d'introduction 11 à sas est placé au-dessus du bac 101 pour introduire dans l'enceinte 10, par une ouverture 103, les produits à surgeler, et les faire tomber dans l'anhydride carbonique. Des appareils d'introduction sont décrits dans la suite de l'exposé en référence aux figures 2A, 2B, 2C et 3A, 3B. Un appareil d'évacuation 12, à sas également, est placé à proximité immédiate de l'extrémité du dispositif de transport 102 qui n'est pas plongée dans l'anhydride carbonique, de telle sorte que les produits en surgélation, en arrivant à cette extrémité, tombent par une ouverture 104 de l'enceinte étanche 10, dans une trémie d'évacuation 105 alimentant ledit appareil d'évacuation 12. Cet appareil d'évacuation 12 est muni notamment d'une chambre 121 comportant des sas de décompression entre une vanne d'alimentation 122 et une vanne d'évacuation 123 par où les produits surgelés sortent de l'installation, l'un des sas était mis en position ouverte pour recevoir les produits en surgélation, et l'autre permettant le retour à la pression atmosphérique. Pour mai > 'enir la pression dans l'enceinte 10 à me valeur égale ou un peu supérieure à 6 bars, l'anhydride carbonique est constamment recyclé ; en effet notamment lors de l'introduction des produits à surgeler dans l'enceinte 10, il survient toujours une certaine ébullition du liquide, et par conséquent une formation de gaz risquant d'entraîner une rapjde et importante augmentation de la pression dans l'enceinte 10 si le gaz formé n'est pas évacué ; à cet effet, ce gaz s'échappant de l'enceinte par une ouverture 106 est transmis par un conduit 13 à un compresseur 14 qui l'amène, à une pression de 12 bars, à un liquéfacteur 15. Le liqufacteur 15 fait office de réservoir d'anhydride carbonique liquide, et, à partir de lui, est assurée, par l'intermédiaire d'un conduit 16, l'alimentation de l'enceinte 10, sous une pression de 6 bars, afin de mainteni- constant le niveau d'anhydride carbonique liquide, et cie compenser les pertes dues à la surgélation des produits introduits dans ladite enceinte 10 ; le conduit 16, qui pénètre dans l'enceinte 10 par une ouverture 107, est terminé par un injecteur 161 par où l'anly- dride carbonique est introduit dans ladite enceinte. Il est également possible de prévoir, si l'intérêt economiqde le justifie, la décompression à l'intérieur des sas, par exemple des sas de la chambre 121, à l'aide d'une pompe 17 réintroduisant l'anhydride carbonique dans enceinte 10. Selon le procédé de l'invention, les produits å surpeler étant introduits dans l'installation par l'appareil d'introduction 11 à sas, ils tombent dans l'anhydride carbonique liquide du bac 101 où ils subissent une surgélation de surface instantanée ; Si les produits sont sous forme de particules, ces particules se trouvent alors séparées de celles avec les- quelles elles étaient en contact même s'il existait entre elles une certaine adhérence. En profondeur, la surgélation est proportionnelle au temps cie contact avec l'anhydride carbonique liquide. Les produits sont ensuite récupérés par le dispositif de transport 102 (chaîne à godets) à perforations, permettant l'écoulement d'une partie de l'excédent d'anhydride carbonique liquide. Ce dispositif de transpoit 've les produits vers la trémie d'évacuation 105, alimentant la chambre 121 et plus pré cisément les deux sas de décompression. Pendant cette opération, l'excès d'anhydride carbonique liquide se transforme en une fine pellicule de neige carbonique qui givre les produits et qui, pendant tout le temps de sa sublimation, continue leur surgélation en profondeur. Après vidange du sas de décompression revenu à la pression atmosphérique, intervient la fermeture de la vanne d'alimentation du sas en cours de remplissage, et le cycle continue. L'efficacité de l'installation dépend évidemment étroitement de l'étanchéité de l'enceinte 10, et par conséquent de la structure des sas. A titre d'exemple, deux formes de réalisation d'un appareil d'introduction 11 à sas, bien adaptées à cette application, sont représentées sur les figures 2A, 2B, 2C et 3A, 3B. Les figures 2A, 2B, 2C montrent un appareil d'introduction 11 comportant à sa partie supérieure une goulotte d'alimentation 110, débouchant dans un carter 111 contenant un cylindre métallique 112 dont l'axe longitudinal, autour duquel il est monté pour tourner, est disposé horizontalement. Le cylindre métallique 112 est lui-même traversé perpendiculairement à son axe par un alésage cylindrique 113 à l'Intérieur duquel se meut un piston 114 dont la longueur est inférieure au diamètre du cylindre 112, afin que soit constitué un logement 115 pour les produits à surgeler ; le piston 114 comporte également ne lumière 116 de forme appropriée et de dimension correspondant au logement, pour recevoir une came 117 portée par un arbre fixe 118 traversant le carter 111, le cylindre 112, et le piston mobile 114 à travers ladite lumière 116. Le carter 111 et le cylindre 112 étant entraînés en rotation par un moteur extérieur non représenté , la came 117 et la lumière 116 qui coopère avec elle ont pour rôle de définir le mouvement du piston 114 dans l'alésage cylindrique 113 par rapport a cylindre 112. La forme de la lumière 116 est donc déterminée de telle manière que tout d'abord la face supérieure du piston mobile 114 soit dans sa position basse lorsqu'elle est en regard de la goulotte d'introduction 110, afin que les produits à surgeler plissent alors tomber dans le logement 115 ainsi formé (2A), et que cette face du piston reste dans la même position par rapport au cylindre pendant un quart de tour de la rotation de ce dernier (figure 2B); puis, la forme de la lumière implique une diminution du volume du logement 115, lors du quart de tour suivant, de telle sorte que ce volume atteigne une valeur nulle à l'issue e ce deuxième quart de tour, la face correspondante du piston 114 affleurant alors la surface latérale du cylindre 112 (figure 2C) ; une goulotte de sortie 119 étant placée à l'opposé de la goulotte d'introduction, le piston 114 ejecte les produits à surgeler dans ladite goulotte de sortie lors de ce deuxième quart de tour ; en même temps, la face opposée du piston 114 arrive donc, en position basse, en regard de la goulotte dtintroductio 110, et les produits surgelés tombent dans le logement ainsi formé le processus se déroule de la même manière que précédemment pour cette face opposée du piston, et, lors que la face du piston qui vient d'expllAser les produits à surgeler dans la goulotte de sortie 119 parcourt son troisième quart de tour à partir de sa position face à la goulotte d'introduction, étant à l'affleurement de la surface latérale du y indure, elle assure l'étanchéité entre l'enceinte pressurùsé de l'installation et l'extérieur ; son quatrième quart de tour la voit donc se déplacer longitudinalement dans le cylindre pour recréer le logement 115 en regard de la goulotte d'introduction 111. Les figures 3A, 3B montrent un appareil d'introduction 18 comportant une chambre cylindrique 180 et à chaque extrémité des vannes pneumatiques basculantes '81, 182 s'ouvrant alternativement ; pendant la phase de remplissage de la chambre 180 formant sas, la vanne supérieure 181 est ouverte et la vanne inférieure 182 fermée (figure 3A) ; pendant la phase d'introduction dans l'enceinte étanche à 6 bars, des produits à surgeler, la vanne supérieure 181 est fermée, et la vanne inférieure 182 ouverte (figure 3B). Dans les deux formes de réalisation de l'appareil d'introduction, le sas, constitué dans le premier cas par le loge- ment 115, et dans le deuxième cas par la chanbre 151, est extrêmement efficace. On notera qu'une régulation simple permet d'adapter aisément l'installation, et le procédé de surgélation, à la nature et à la taille des produits (ou particules) à surgeler. Bien entendu, la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel, et on pourra 5 apporter toute équivalence technique sans sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications. REVENDICATIONS 1 . Installation pour surgeler des produits, caractérisée en ce qu'elle comporte un appareil d'introduction à sas recevant les produits à surgeler, une enceinte étanche pour traiter les produits à surgeler transmis à son entrée par l'appareil d'introduction à sas, cette enceinte étanche cont !t de l'anhydride carbonique à l'état liquide pour y treL @@les produits à surgeler, et de l'anhydride carbonique à l'état gazeux, la pression dans l'enceinte étant supérieure à la pression atmosphéri 'e, l'enceinte étanche étant munie d'un dispositif de transport pour prélever les produits en cours de surgélation dans l'anhydride carbonique liquide et les transporter à la sortie de l'enceinte, un appareil d'évacuation à sas pour recevoir les produits apportés pir le dispositif de transport et sortant de l'enceinte et les évacuer de l'installation, @n conduit d'échap- pement de gaz partant de l'enceinte pour laisser s' échapper l'excès e gaz, un compresser reli au conduit d'échappement pour comprimer cet excès de gaz, un liquéfacteur relié au compresseur pour liquéfier le gaz comprime, et un conduit d'alimentation en liquide relié au liquéfacteur et débouchant dans l'enceinte pour y amener l'anhydride carbonique liquide. 2. Installation selon la revendication 1 , caractérisée en ce ne l'appareil d'introduction comporte un carter conUe- nant un rotor métallique muni d'un alésage dans lequel est placé un piston animé d'un mouvement de va-et-vient déterminant deux logements respectivement de part et ci d'autre du piston, les produits à surgeler étant introduits dans l'un des logements tandis que l'autre logement déverse ses propres produits dans l'enceinte, de telle sorte que lorsqu'un logement déverse ses produits, il soit isolé de l'extérieur par le piston constituant la paroi d'isolement du sas constitué lui-même alternativement par chaque logement. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'appareil d'introduction comporte une chambre formant sas, munie à chaque extrémité de vannes s'ouvrant alternativement. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif de transport est une chai ne a godet ayant des perforations pour permettre l'écoulement d'une partie de l'excédent d'anhydride carbonique liquide des produits. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qe i'appareil d'évacuation comporte deux sas, l'un étant ouvert pour recevoir les produits en cours de surgélation, alors que l'autre permet la décompression et le retour à la pression atmosphérique. 6. Installation selun l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une pompe reliée à au moins un sas pour y prélever l'anhydride carbonique résiduel et à l'enceinte pour y réintroduire cet anhydride carbonique. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la pression dans l'enceinte est de l'ordre de 6 bars, t le compresseur relié au liquéfacteur y amène l'anhydride carbonique à une pression voisine de 12 hars. 8. Procédé mis en oeuvre dans l'installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caracterisé e ce que lon introduit les produits à surgeler dans l' enceinte étanche, on les trempe dans l'anhydride carbonique liquide, on les transporte à la sortie de l'enceinte en laissant s'écouler une partie de l'excédent d'anhydride carbonique, an le sort Je l'en- ceinte par au moins un sas tout e laissant l'anhydride carbo- nique résiduel se transformez en une fine pellouie de neige carbonique givrant ies produits, la surgélation On profondeur des produits étant poursuivie pendant la durée de la sublimation de cette neige carbonique, et on vide le sas de sortie des produits qu'il contient.