Brevet FR2512533A1 — publié le 19830311

l 2512533 L'invention concerne le refroidissement de pro- duits en vrac Jusqu'à maintenant, on a proposé différents moyens de refroidissement de produits en vrac, qui consis- tent généralement en des tunnels à isolation thermique as- sociés à des moyens de refroidissement par exemple d'in- jection d'un fluide cryogène et un ou plusieurs tapis de transfert des produits en vrac déversés à une extrémité du tapis et recueillis à l'état refroidi à l'autre extrémité. Lorsqu'on utilise un seul tapis de transfert, on ne peut assurer un refroidissement efficace qu'enregard de partie supérieure de la couche de produits en vrac sur le tapis et on ne doit pas, dans la plupart des cas, compter sur une répartition thermique en profondeur, car les produits en question sont généralement en contact insuffisant entre eux et possèdent d'ailleurs une mauvaise conductibilité thermique intrinsèque Lorsqu'il s'agit de produits ali- mentaires, il n'est pas rare que ceux-ci, qui sont à l'état plus ou moins humide, en viennent à adhérer au ta- pis, ce qui conduit à des détériorations au cours de leur recueillement à la sortie du tunnel Pour palier ces in- convénients, on a bien proposé d'utiliser des tunnels à tapis multiples qui, par leur agencement, permettent éga- lement le retournement de produits en vrac sur eux-mêmes. Mais, ces agencements sont de réalisation complexe et oné- reux et ne permettent pas d'ailleurs de palier la mauvaise conductibilité propre des produits. On a proposé également d'amener des dispositifs de transfert jusqu'à immersion dans un bain de fluide cryogène, ce qui permet d'assurer un transfert thermique dans toute la couche de l'énergie frigorifique Mais ce genre de tunnel présente un mauvais rendement thermique du fait que l'essentiel de l'abaissement de la températu- re est assuré par la chaleur latente de changement d'état du fluide cryogénique, qui est généralement de l'azote liquide. 2 2512533 On a également proposé des agencements o on assure une fluidisation des produits en vrac avec un gaz qui peut être un gaz cryogénique Mais ici, on se heurte aux inconvénients liés au principe de la fluidisation qui impose un calibre bien déterminé pour les produits à fluidifier, ce qui exclut la plupart des produits alimen- taires, sauf à les réduire en particules de diamètre in- férieur à 10 mm. On a bien proposé d'utiliser un tambour-monté'à rotation axiale avec un moteur d'entraînement, une encein- te isolée thermiquement de forme allongée selon l'axe du tambour et l'enveloppant, des moyens d'injection d'un fluide frigorigène, généralement de la neige carbonique, et de moyens de circulation gazeuse à l'intérieur de l'en- ceinte, mais les conditions structurelles de l'appareil- lage et opératoires sont telles que le rendement thermi- que est extrêmement défectueux, alors que l'appareillage est lui-même très coûteux. L'objet de l'invention est un dispositif et un procédé de refroidissement qui permet d'assurer la saurgéi lation en continu de produits alimentaires ou, d'une fa- çon générale, le refroidissement de produits alimentai- res ou industriels en vrac avec un transfert thermique particulièrement efficace dans la couche des produits o l'on traite toutes sortes de produits quelles que soient leurs dimensions, densité et/ou conductibilité thermique, o ce refroidissement est effectué de façon rapide et profonde sans pouvoir pour autant produire ni collage des produits, ni abrasion ou autre détérioration d'origine mécanique. Selon l'invention, dans un dispositif de refroi- dissement de produits en vrac du genre à tambour rotatif tel que rappelé ci-dessus, on prévoit la combinaison des- deux mesures suivantes a)l'enceinte est subdivisée longitudinalement 3 2512533 en deux compartiments longitudinaux par des parois s'éten- dant à contact avec ledit tambour en des zones circonféren- tiellement espacées et au moins une des dites parois com- porte un passage dans lequel est monté un moyen de circu- lation gazeux; b) le tambour comporte des perforations réparties sur toute sa paroi latérale cylindrique. Cette combinaison de mesures permet d'obtenir, au travers de la couche qui est brassée par la rotation du tambour, une circulation gazeuse importante sans pour au- tant atteindre le niveau d'une fluidisation qui reste in- désirable De la sorte, on assure un refroidissement rapide de produits en vrac, le cas échéant, une surgélation rapide des produits alimentaires en vrac, essentiellement par l'ef- fet de convection au travers de la couche de produits et l'on peut traiter ainsi toute sorte de produits quelle cue soit leur forme, dimensions et nature Du fait du bras- sage dû au retournement des produits, on assure une meil- leure homogénisation de température à l'intérieur de la couche des produits et on évite, à coup sûr, les collages et autre détériorisation préjudiciables à la bonne qualité des produits. L'invention, également, a pour objet un procédé de refroidissement de produits en vrac, du genre o lesprom duits à refroidir sont déversés à une extrémité d'un tamu bour rotatif et o l'on recueille les produits refroidis à l'autre extrémité, avec circulation d'un gaz réfrigérant au travers de la masse des produits en vrac, caractérisé en ce que la circulation du gaz réfrigérant est conformée en un courant gazeux qui traverse en totalité ledit tambour selon une direction générale qui est perpendiculaire à la direction axiale du tambour. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels 4 2512533 la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du dispo- sitif de réfrigération selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 1. En se référant aux dessins annexes, un dispositif de réfrigération comporte dans une enceinte fermée ( 1) iso- lée thermiquement, de forme parallèlépipédique rectangle allongée, un tambour à axe horizontal ( 2) monté d'un côté par un palier ( 3) sur une paroi d'enceinte ( 4) et d'un au- tre côté par un flasque d'extrémité 8 sur un arbre ( 5) dans un palier 6, l'arbre 5 s'étendant à l'extérieur de l'en- ceinte 1 et comportant un moyen d'entraînement, dont on a représenté simplement le pignon-moteur 7. Du côté du palier ( 3) et au travers de la paroi d'enceinte ( 4) s'étend une goulotte de déversement 10 per- mettant l'admission en continu de produits en vrac Du côté de l'autre paroi d'enceinte en regard ( 11), on a agencé un dispositif de recueillement permanent de produits traités qui comporte une goulotte de soutirage ( 12) en dessous du cylindre de tambour ( 2) qui se présente en regard d'une partie cylindrique restreinte( 13)faisant corps avec le tam- bour( 2), cette partie cylindrique restreinte( 13)présentant une ou plusieurs ouvertures circonférentiellement limitées $e, de sorte qu'à chaque passage de l'ouverture M 4)devant le débouché supérieur de la goulotte( 12), du produit en vrac peut s'écouler dans cette goulotte ê 2) Le tambour( 2) est perforé sur toute sa paroi cylindrique( 11 d'un très grand nombre de perforations oblongues ( 16)dont: la grande dimension s'étend selon la direction circonférentielle du tambour et dont la plus petite dimension est parallèle à l'axe du tambour Du côté de la goulotte de soutirage ( 12) est agencéeune canne de pulvérisation d'azote liquide V 7) qui s'étend à l'intérieur de l'enceinte et qui est raccor- dée a une source d'azote sous pression non représentée. 2512533 L'enceinte ( 2) est subdivisée à son in:térieur par un jeu de parois comportant une paroi verticale ( 20) située à faible distance d'une paroi latérale d'enceinte ( 21) et sur une hauteur suffisante, de façon à largement dépasser le niveau de l'arbre ( 22) du tambour ( 2) Au niveau de cet arbre ( 22), la paroi ( 20) comporte une extension horizon- tale ( 23) munie d'un balai ( 24) venant en contact avec la paroi externe du tambour ( 2), tandis que dans une zone cir- conférentiellement espacée, le long du tambour ( 2), une seconde paroi ( 25) s'étend depuis la paroi latérale d'en- ceinte ( 26) sous forme d'une feuille venant s'appliquer à frottement doux contre la paroi externe de tambour ( 2) dans le sens de la rotation F de ce tambour. La paroi verticale ( 20) comporte une ouverture ( 30) dans laquelle estlogée une couronne de pâles ( 31) d'un ventilateur ( 32) dont le moteur est représenté en ( 33) On note également l'existence d'une virole ( 34) permettant d'assurer l'étanchéité de l'enceinte vers l'extérieur. On constate que l'on a ainsi réalisé une subdivi- sion de l'enceinte ( 1) en deux compartiments longitudinaux ( 40) et ( 50) , le compartiment ( 40) recevant le flux de gaz propulsé par la couronne ( 31) du ventilateur 32 et le trans- férant au travers du tambour ( 2) selon la section offerte entre le balai ( 24) et l'extrémité de la paroi ( 25). En fonctionnement, on constate donc que les pro- duits en vrac( 60)qui sont déversés en continu par la gou- lotte ( 10) et recueillis en continu par la goulotte de sou- tirage ( 12) sont, au cours de la rotation du tambour, pla- cés sous forme d'une couche telle que représentée à la fi- gure e)qui s'étend pratiquement depuis l'extrémité du balai ( 24) jusqu'à l'extrémité de la paroi ( 25) On comprend donc qu'avec cette disposition, tout le flux gazeux circulé par les pales( 31) du ventilateur ( 32) traverse les produits en vrac qui sont, simultanément, soumis à des mouvements de retournement répétés Le gaz de convection est réfrigéré 6 2512533 par l'azote liquide injecté par la canne( 17)et, bien enten- du, on a prévu, en un endroit approprié, une soupape de surpression déversant à l'atmosphère l'excès de gaz résul- tant de l'admission d'azote liquide Le gaz de réfrigéra- tion ayant traversé la couche de produits en cours de ré- frigération s'échappe au travers de l'autre paroi du tam- bour et est aspiré à nouveau par le compartiment-canal ( 50) ménagé entre la paroi ( 20) et la paroi d'enceinte ( 21) par le ventilateur( 32) De préférence, ainsi qu'on l'a repré- senté à la figure 1, il existe plusieurs moyens de circu- lation gazeuse tels que c 32)et ( 32 '), de façon à obtenir une circulation essentiellement transversale du gaz refroidis- seur Le nombre de circulateurs tels que( 32)-( 32 ') est d'au- tant plus élevé que la longueur du tunnel est plus grande. On pourrait également faire en sorte que chaque ventilateur soit logé dans un compartiment particulier, grâce à l'amé- nagement de parois transversales telle que celle représen- tée en 70, à la figure 1, qui décompose chacun des compar- timents ( 40) et ( 50) en deux compartiments transversaux ( 40 ')-( 40 ') et( 503 -( 50 ")et, bien entendu, dans ce cas, la disposition de la canne d'injection d'azote 17)doit être réalisée du côté de l'évacuation des produits, de façon à assurer ainsi un mouvement du gaz réfrigérant à contre courant du mouvement de déplacement des produits dans le tambour de réfrigération ( 2). Selon la forme de réalisation préférentielle, les perforations oblongues ont une extension dans le sens cir- conférentiel, ce qui présente un avantage important dans le fait que le balai ( 24) peut en assurer ainsi facilement le décolmatage continu évitant ainsi toute obturation par des particules des produits en vrac On notera également que ce balai ( 24) sert non seulement à ce nettoyage perma- nent, mais également assure une étanchéité suffisante pour que l'essentiel du flux gazeux traverse les produits si- tués dans le tambour ( 2). 7 2512533 A titre complémentaire, on note que la largeur des trous oblongs( 16)est adaptée à la taille du produit à refroidir, la longueur doit être d'au moins 3 fois la lar- geur pour permettre une bonne efficacité de la brosse de dégivrage( 241. Le taux de perforation optimal de la paroi de cylindre se situe entre 30 et 50 %, l'objectif à atteindre devant en effet concilier: - et la résistance mécanique du trommel, et les pertes de charge compatible avec une bonne répartition du gaz mais sans excès, ce qui conduirait à une surconsommation énergétique de ventilation. La vitesse de rotation du tambour( 2)doit permettre une agitation suffisante du produit sans, toutefois, con- duire à sa centrifugation Une vitesse de 10 à 50 tours/ minute correspond bien à ces impératifs La répartition du produit dans le tambour 2 s'effectue également avec cette agitation qui facilite entre autre le transport. Le temps de séjour de produits dans le tambour dé- pend de l'opération que l'on souhaite effectuer Il est en relation directe avec les caractéristiques physiques du produit L'ajustement du temps de séjour peut être réalisé par les deux techniques suivantes inclinaison du tambour Exemple: une inclinai- son "montante" de 5 cm par mètre linéaire permet de doubler le temps de séjour. mise en place d'un obturateur circulaire à la sortie du tambour qui crée un seuil et permet ainsi d'augmenter le temps de séjour du produit. La ventilation doit être de l'ordre de 2 à 5 m/s pour obtenir un bon coefficient de transfert de chaleur, tout en maintenant une énergie de ventilation acceptable. La puissance totale de ventilation ressort donc être dans ce cas de l'ordre de 5 à 10 W/Xg d'un produit 8 2512533 alimentaire à surgeler ayant la forme géométrique d'un cube de 7 mm d'arête. On précise que tout autre moyen de refroidissement peut être utilisé. L'invention s'applique particulièrement à la sur- gélation de produits en vrac et notamment de produits agri- coles solides de dimensions relativement petites, tels que par exemple: champignons entiers, en lamelles, en cubes, petits pois, carottes en rondelles, haricots verts, pommes de terre coupées en frites ou en dés, fruits rouges dont notamment les fraises, les myrtilles, les cassis, les groseilles. Mais l'invention s'applique également à la réfri- gération de tout autre produit industriel en vrac, par exem- ple des pièces à fragiliser ou à ébavurer. 9 25125-33 REVEND ICATIONS l Dispositif de refroidissement de produits en vrac, du genre comportant un tambour monté à rotation axiale, un moteur d'entraînement dudit tambour, une en- ceinte isolée thermiquement de forme allongée selon l'axe dudit tambour et l'enveloppant, des moyens de refroidisse- ment, par exemple d'injection d'un fluide frigorigène dans ladite enceinte, des moyens de circulation gazeuse à l'in- térieur de ladite enceinte, caractérisé par la combinaison des deux mesures suivantes: a) l'enceinte est subdivisée longitudinalement en deux compartiments longitudinaux par des parois s'étendant à contact d'étanchéité substantielle avec ledit tambour en des zones circonférentiellement espacées et au moins une des dites parois comporte un passage dans lequel est monté un moyen de circulation gazeux; b) le tambour comporte des perforations réparties sur toute sa paroi latérale cylindrique. 2 Dispositif de refroidissement selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la paroi à contact d'étan- chéité substantielle avec le tambour incorpore un balai lon- gitudinal de contact avec le tambour, 3 Dispositif de refroidissement selon la reven- dication l ou 2, caractérisé en ce que les perforations du tambour ont une plus large extension dans la direction cir- conférentielle que dans la direction axiale du tambour. 4 Dispositif de refroidissement selon la reven- dication l ou 3, caractérisé en ce que le rapport de la surface totale des perforations à la surface latérale du tambour est compris entre 30 % et 50 %. Dispositif de refroidissement selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est subdivisée transversalement en autant de compartiments transversaux qu'il y a de moyens de circulation gazeuse. 6 Procédé de refroidissement de produits en 2512533 vrac, du genre o les produits à refroidir sont déversés à une extrémité d'un tambour rotatif et o l'on recueille les produits refroidis à l'autre extrémité, avec circula- tion d'un gaz réfrigérant au travers de la masse de pro- duits en vrac, caractérisé en ce que la circulation du gaz réfrigérant est conformée en un courant gazeux qui traverse en totalité ledit tambour selon une direction générale qui est perpendiculaire à la direction axiale du tambour, 7 Procédé de refroidissement selon la revendi- cation 6, caractérisé en ce que le courant gazeux traverse le tambour dans le sens ascendant. 8 Application du dispositif selon les revendis cations l à 5 et du procédé selon les revendications 6 et 7 a la surgélation de produits alimentaires.