Brevet FR2530323A1 — publié le 19840120

La présente invention concerne un procédé de congélation de produits par immersion dans un gaz liquéfié tel que de 1' azote. La présente invention concerne également deux appareils mettant en oeuvre le procédé Il est connu de procéder à des refroidissements, congélations ou surgélations de produits par immersion dans un gaz liquéfié, le plus souvent de l'azote ou des composés halogénés tels que le dichlorodifluorométhane. Au sens du présent mémoire, l'expression "gaz liquide" englobe, entre autres, les composés halogénés ci-dessus et l'azote liquide auquel il va être fait continuellement référence; mais il va de soi que tout autre liquide se vaporisant à une température très basse peut être employé sans sortir pour autant du cendre de la présente invention. sans les procédés connus, l'azote liquide est toujours utilisé d'une manière dite statique. En effet, certains de ces procédés connus consistent a plonger un panier en grillage métallique, contennt les produits à congeler, dans un xécipient contenant de azote liquide, pendant un temps plus ou moins long. Ce procédé, lorsque l'on envisage des capacités importan- tes de production de produits congelés, présente pour dézavan- tages d'âtre discontinu, d'engendrer de nombreuses manipula tions et, en fin de compte, d'avoir une faible capacité de production. Une autre technique consiste à faire passer une bande transporteuse, chargée de produits à congeler, dans un bain d'azote liquide. Une troisième technique consiste à faire tomber les produits dans un récipient contenant de l'azote liquide et à les extraire, avec un moyen de manutention tel qu'une vis, lorsqu'ils sont rassemblés au fond du récipient. Ces deux derniers procédés permettent, certes, d'envisager une production continue, mais ils présentent entre autres pour inconvénient de réaliser, pour les produits à congeler, des temps de séjour irréguliers dans l'azote liquide. En effet, certains produits, tels que les champignons, des boules de crème glacée foisonnée, flottent dans l'azote liquide car leur densité est plus faible. Dautres produits, comme par exemple des grains de mais, sont entraînés à la surface du bain d' azote liquide car 1 ' l'effet de vaporisation qu'ils créent lors de leur mise en contact avec le gaz liquéfié. Quelle qu'en soit la cause, le fait que certains produits surnagent dans l'azote liquide, entraînant ainsi un temps de séjour relativement plus long pour ces produits, et en tout cas, un temps de séjour irrégulier pour des produits d'un même groupe, est nuisible d'une part, pour la qualité de la surgélation et autre part, pour le rendement de l'installation. La régularité et la limitation de la durée d'immersion présentent en effet un grand intérêt: on sait que, - la pression atmosphérique, un litre d'azote liquide absorbe 159 kilojoules pour se vaporiser à -196 C, correspondant 7 la chaleur latente, et que la chaleur sensible du gaz entre -196 et -10 C représente censiblement la même quantité de chaleur; pour que la congélation par immersion d'un produit se fasse avec un rendement accepcable, il faut donc que la moitié du @ransfert de chaleur toit réalicée en immersion, l'autre moitié correspondant à la récupération de la chaleur sensible du gaz. Pour cela, il faut que le temps d'immersion en azote liquide soit environ la moitié du temps correspondant à la congélation totale. En immersion dans le cas de petites particules comme le mais égréné ou des baies comme les myrtilles, le temps de demi-congélation est de 6 à 8 secondes. On voit l'intérêt de réaliser un temps d'immersion très court. De plus, beaucoup de produits éclatent si on réalise la congélation complète en azote liquide et, pour éviter leur détérioration, il est nécessaire de contrôler de manière précise, leur temps d'immersion en vue de réaliser une congéla tion partielle qui permettra d'obtenir la congélation totale ultérieure par exemple, par convection en gaz froid. La présente invention vise un procédé et des appareils permettant un refroidissement par immersion des produits refroidir da-ns un bain de gaz liquéfié, contenu dans une cuve, dont le rendement et les performances sont accrus, par rapport aux appareils de l'art antérieur, grâce à un contrôle particulièrement performant du temps d'immersion des produits dans le gaz liquéfié. Au sens du présent mémoire descriptif, le mot "refroidissement" englobe les notions de simple refroidissement, précongélation, congélation ou surgélation telles qu'usuellement comprises par l'homme de l'art. Suivant l'invention, le procédéest notamment caractérisé en ce que l'on anime le gaz liquéfié d'un mouvement d'écoulement au moins entre une zone d'entrée dans le bain et une zone de sortie ou le produit en est extrait, un transport dudit produit étant ainsi assuré entre les zones d'entrée et de sortie, par flottation, suspension et/ou saltation sur le fond de la cuve, ou d'ut canal d'écoulement dispose dans la cuve. Grâce à ces dispositions, le prodedé et les appareils, mettant en. oeuvre le prodédé selon la présente invention, pallient les inconvénients des techniques antérieures citées ci-dessus. En effet, puisque l'azote liquide est animé d'un mouvement d'écoulement, les produits surnageas à la surface de l'azote liquide et les produits en suspension se trouvent entraînés par cet écoulement. Leur temps de séjour dan.s l'azote liquide est donc une fonction directe de la distance séparant la zone d'entrée de la zone de sortie, et de la vitesse d'écoulement de l'azote liquide. D'autre part, comme certains produits ne flottent pas dans l'azote liquide et tombent au fond du canal d'écoulement, ces produits sont facilement transportés par le courant d' azote liquide car ils sont soulevés par la vaporisation entre eux-memes et le fond dudit canal, qui peut, de plus, être en faible pente pour favoriser leur mouvement. Selon une autre caractéristique du procédé, au mouvement d'écoulement du gaz liquide, on. superpose un mouvement d'agination désordonné. Grâce à cette caractéristique particulièrement avantageuse, on peut éviter que certains produits ne congèlent en mottes ou agglutinés. En effet, les produits, tels que les champignons blanchis et coupés en cubes ou lamelles, forment des mottes et, lorsqu'on les congèle par immersion dans un bain d'azote statique, bienque certaines mottes se trouvent séparées par la vaporisation qui se produit, dans l'azote liquide, au contact du produit, d'autres mottes restent agglutinées. Pour effectuer cette opération, on est obligé d'agiter le bain d azote liquide, ce qui, dans les techniques antérieures, augmente encore plus l'imprécision du temps de séjour des produits dans l'azote liquide. Suivant une première forme de réalisation, l'appareil selon là présente invention est notamment caractérisé en ce qu'il comporte, pour créer l'écoulement-de gaz liquéfié, une vis tournant dans une auge. Selon un.e autre caractéristique de cet appareil, le moyen d'extraction des produits congelés est la vis utilisée pour créer l'écoulement de gaz liquéfié. L'utilisation de ce moyen, en soi connu, permet de réaliser, à bon marché, un. appareil mettant en oeuvre le procédé elun la présente invention, puisqu'or utilise un même moyen pour, d'une part créer l'écoulement de gaz liqu6fié et d'autre part, extraire le produit congelé. Selon une autre variante de réalisation. d'un appareil mettant en oeuvre ledit procédé, le moyen,en soi connu, pour créer l'écoulement du gaz liquéfié, est une roue à aubes disposée dan.s la cuve, tandis que le moyen d'extraction du produit congelé ou précongelé est un tapis. Grâce à ces dispositions, on peuk réaliser, à bon marché, une installation permettant une congélation et une surgélation faciles de produits relativement fragiles, tels que des produits pâteux extrudés, des boules de crème glacée avant leur enrobage ou tout autre produit fragile présentant des risques de collage sur les supports habituels. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'une installation mettant en oeuvre le procédé suivant la présente invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation d'un appareil mettant en oeuvre le procédé suivant la présente invention; - la figure 3 est un agrandissement de l'encart III de la figure 2; - la figure 4 est une vue schématique en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3; - la figure 5 est une vue schématique en coupe suivant la ligne V-V de la figure 6 d'un autre mode de réalisation d'un appareil mettant en oeuvre le procédé suivant la présente invention;; - la figure G est une vue en coupe partielle suivant la ligne VI-VI de la figure 5. Dans la description. qui va suivre, il va être question, d' une manière générale, de refroidissement de produits. Il est bien entendu-que les caractéristiques et avantages ci après décrits restent valables quel que sot le degré de refroidissement effectif des produits que l'on. cherche à obtenir, précongélation, congélation, surgélation ou simple refroidissement En ligure 1, dan une installation de congélation repré- sentée de façon générale en 10, un bain de gaz liquéfié 11 est contenu dans une cuve 12 qui, suivant les applications, peut être ou ne pas être en contact direct avec l'atmosphère. Les produits 13 à congeler sont mis en. contact avec le bain li et immerges dans celuicci, dans une zone d'entrée E. L'arrivée des produits 13 est schématisée par une flèche en trait mixte 14. Les produits 13 sont extraits du bain ll par un moyen approprié représenté schématiquement en. 15, opérant cette extraction dans une zone de sortie S dudit bain. Les produits 13 sont alors canalisés vers un dispositif approprié où leur traitement se poursuit, cette canalisation. étant schématisée par la flèche en trait mixte 15e. Selon l'invention, le gaz liquéfié est animé d'un mouvement d'écoulement (flèche en trait plein 16) entre la zone d'entrée E et la zone de sortie S. Ce mouvement d'écoulement, ou courant continu de gaz liquéfié, est obtenu par un moyen1 schématisé en figure 1 par une pompe 17. Bien entendu, tout moyen en soi connu peut être utilisé pour créer l'écoulement schématisé par la flèche 16. par exemple, la pompe 17 peut avoir pour fonction d'élever le piveau du gaz liquide dans la zone d'entrée E, en sorte que le gaz liquide s'écoule par gravitation dans la zone de sortie S. ce courant continu peut également être créé au moyen d'une alimentation 18, à la fois de gaz liquéfié et de gaz non liquéfié, que l'on appellera, dans le présent mémoire "gaz diphasique", cette alimentation de gaz diphasique étant, par exemple, disposée en contrebas du bain 11, le gaz créant ainsi un mouvement ascendant entre l'alimentation 18 et le bain 11, pour certaines applications un tel mouvement ascendant peut être suffisant pour réer un courant continu de gaz liquéfié. Pour d'autres applications, le courant continu peut être créé d'une part, par une alimentation 18 et d'autre part, par un moyen 17 tel qu'une pompe, l'alimentation 18 assistant la pompe pour créer ce mouvement. En fonctionnement de l'installation 10, les produits 13 viennent en contact du gas liquéfié dans la zone d'entrée E du bair 11 et sont entraînés par le courant continu 16 jusqu'à la @o@@ de sortie S où ils sont extraits par le moyen 15 du bzin 1@@ On veit que le temps de séjour des produits 13 dans le gaz liquéfié dépend de la distance P séparant la zone d' entrée de la zone de sortie et de la vitesse d'écoulement du gaz liquéfié dans le bain 11. Cette vitesse peut être réglée par le moyen I 7. On va maintenant décrire, à l'appui des figures 2 à 4, un mode de réalisation de l'installation 10 représentée schématiquement em -figure 1, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. L'appareil des figures 2 à 4 comporte, dans une enceinte 120, un ensemble 10a de précongélation par immersion des produits dans de l'azote liquide et un ensemble B où la congélation des produits 13a est achevée par récupération de la chaleur sensible du gaz L'ensemble 10a comporte un bain lla d'azote liquide, à la température de -196 , contenu dans une cuve 12a. Selon l'invention, l'ensemble lOa comporte un moyen représenté de façon générale par 17a pour créer un courant continu dans l'azote liquide du bain lla. Le moyen 17a comporte une vis 170 de relevage hydraulique tournant dans une auge 171. Le pas et le diamètre de la vis 170 sont relativement grands (quelques dizaines de centimètres). L'auge 171 est sensiblement inclinée par rapport à l'horizontal et plonge partiellement dans le bain lla. L'auge 171 est divisée axialement en deux tronçons 172 et 173. Le tronçon 172 est réaliste en tôle pleine, tandis que le tronçon 173 est réalisé, dans cet exemple, en tôle perforée. Le tronçon 172, dans l'exemple de réalisation. représenté, a un.e longueur correspon.dant à un pas et demi de la vis 170, tandis que le tronçon 173 a un.e longueur corréspon.dant sensiblement à trois pas de cette vis. La vis 170 est actionnée en rotation au moyen d'un dispositif comportant un moteur et une transmission représentés respectivement en 174 et 175. Les produits sont introduits dans l'ensemble 10a au moyen d'un. tapis transporteur représenté schématiquement en 30 traversant par une ouverture 31 l'enceinte 120 d'isolation pour l'ensemble de l'appareil. L'ouverture 31 est obturée au moyen de battants schématisés en 32, qui peuvent être repoussés par es produits 13a à congeler. Zes produits 13a sont déversés du tapis 30 au-dessus du bain. lla et pénètrent dans ce dernier dans une zone d'entrée Ea. Ces produits sont canalisés au moyen de flancs,33 formant un couloir d'écoulement 330, vers l'entrée 176 de l'auge 171. L'ensemble de précon.gelation. lOa comporte également une alimentation. d'azote diphasique (gaz et liquide) schématisée en figure 4 par la flèche visa. Cette alimentation comporte une canalisation 180 comportant deux jets 181, 181' orientés le long des flancs 33. Le fonctionnement de l'ensemble de précongélation lOa va mainten.ant être décrit. La vis 170 est animée d'un mouvement de rotation (50 tours par minute dans cet exemple) qui crée une aspiration d'azote liquide dans la zone 172 de l'auge 171 réalisée en tôle pleine. L'azote ainsi aspiré est évacué de l'auge 171 par les perforations de la tôle perforée de la zone 173. Un courant continu d'azote est ainsi créé entre la zone d'entrée Ea et le premier pas de vis 170, ce courant étant ensuite entretenu par la vis 170 jusque vers le milieu de la zone 173. En effet, le pas relativement important de la vis 170 et la vitesse de rotation assez importante de cette même vis, font que le' niveau d'azote s'élève sensiblement à l'intérieur de la vis passant du niveau N1, à l'aplomb de l'extrémité du tapis 30 (à l'entrée du couloir 330 constitué par les flancs 33), au niveau moyen N2 au début de la zone 173. Dans cette zone 173 l'azote liquide s'évacue par gravité de l'auge 171 au travers des perforations. Le courant, schématisé par les flèches 16a, est ainsi créé. La vis 170 sert également de moyen d'extraction.-des produits 13a, ces derniers étant extraits de l'azote liquide dans une zone de sortie de l'azote liquide, représentée par Sa en. figures 3 et 4. L'ensemble vis 170-auge 171 assure ensuite le transport des produits 13a et débouche dans l'ensemble B. L'auge 171 est munie d'une ouverture 170s. L'ensemble de congélation B comporte une enceinte 36, un tapis transporteur perforé 35 sur lequel se déversent'îes produits 13, par l'ouverture 170s, des ventilateurs 37. Le tapis 35 débouche ensuite à l'extérieur de l'installation où les produits 13a sont déversés. En. fonctionnement de l'ensemble de congélation., le tapis transporteur 35 est animé d'un. mouvement de tran.slation. rela- tivement lent en sorte que les produits 13a se déversent et forment une couche relativement épaisse. La cuve 36 est en communication avec l'ensemble 10a, en sorte qu'elle est remplie d'azote à très basse température dont on récupère le froid, entre -196 et -40 par exemple. Dans ce mode de réalisation., les ventilateurs 37 aspirent le gaz au travers de la couche de produits 13a (flèches 370), parachevant ainsi la congélation desdits produits. Le temps de séjour dans l'azote liquide des produits 13a dépend de la longueur du couloir 330 formé par les flancs.33. Ce couloir peut éventuellement avoir une longueur de plusieurs décimètres, voire quelques mètres, car les pertes de charge sont faibles pour des vitesses de l'azote liquide de quelques décimètres par seconde. La vitesse de l'azote liquide est réglée par la vitesse de rotation de la vis 170, le moteur 174 ayant à cet effet une vitesse variable. La longueur du temps de séjour des produits dans l'azote liquide dépend également de la longueur de la partie partiellement immergée de l'auge 171 et de sa pente. Des considérations analogues précèdent la détermination des caractéristiques du tapis transporteur 35 et de la taille de la cuve 36. Un compromis peut être trouvé par l'homme de l'art entre l'ensemble des paramètres rappelés ci-dessus de manière à obtenir une installation ayant une capacité de congélation. déterminée et dont les temps de séjour des produits, dans l'azote liquide, peuvent être déterminés à la seconde près. On va maintenant décrire à l'appui des figures 5 et 6, un. appareil mettant en oeuvre le procédé suivant la présente invention. L'appareil, représenté de façon générale en 10b, comporte une enceinte 40, un bain llb contenu dans une cuve 12b , un tapis transporteur 41, dont le mouvement de translation est assuré au moyen. d'un moteur 42 à vitesse variable. Le tapis 41 est adapté pour uvre le rond de la cuve 12b sur une partie de ce dernier et prendre ensuite une pente ascendaCce pour émerger du bain. llfflb (partie 45 du tapis). Les produits 13b à congeler sont déversés par une entrée 42e de l'enceinte 40 au-dessux d'une zone d'entrée Eb du bain. L'appareil lOb comporte un. moyen représenté de façon générale en 17b, pour créer un courant continu dans l'azote. Dans cette application, il s'agit d'une roue-à aubes 178, entraînée par un moteur représenté schématiquement en 179. Un couloir de circulation des produits 13b dans l'azote liquide est matérialisé par des flancs 44 qui s'étendent dans le bain llb, entre la roue à aubes 178 et la partie ascendante 45 du tapis 47. L'enceinte 40 comporte une sortie 46 de gaz et un couloir 47 d'évacuation des produits congelés. En fonctionnement, la roue à aubes 178 est animée d'un mcuvement de rotation qui crée un courant d'azote liquide canalisé par les flancs 44. Le tapis 41 est ajouré, ce qui permet à l'azcte liquide de le traverser dans sa partie 45. Comme dans cette zone les flancs 44 s 'étendent uniquement au- dessus du tapis 41, le retour du courant vers la roue à aubes 178 se fait latéralement dans deux couloirs déterminés par les flancs 44 et ceux de la cuve 12b, ce courant passant endessous des flancs 44 dans la zone 45 du tapis 41. Ce courant est matérialisé en figures 5 et 6 par les flèches 16b. Comme précédemment, les produits qui entrent dans le bain, dans la zone d'entrée Eb, sont entraînés par ce courant jusqu'3 ce qu'ils viennent en. contact du tapis transporteur 41. ils sont extraits du bain par ce tapis dans la zone Sb. Ils sortent de l'installation par le couloir de sortie 47 dans lequel ils sont déverses par le tapis 41. L'appareil 10b comporte également un peigne rotatif 50 comportant des pales 51. Ce peigne rotatif CiO permet de superposer au mouvement d'écoulement de l'azote liquide, un mouvement d'agitation désordonné. Cette agitation de l'azote liquide permet de dégrouper ou démotter les groupes de produits qui étaient groupés en mottes lors de leur immersion dans le bain 12b et qui n'auraient pas été dégroupées par suite de l'ébullition de l'azote causée par cette immersion. Ce dispositif, particalièrement simple, permet ainsi d'assurer un démottage efficace de ces produits. Ici encore, le temps de séjour des produits dans l' azote liquide et la capacité de production de l'appareil 10b penvent être facilement déterminés par la longueur Pb de bain disponible entre la zone Eb et le début de la pente ascendan- te 45 du tapis 41 par la vitesse de rotation de la roue à aubes 178 et par la vitesse de translation du tapis 41. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées mais englobe toutes variantes d'exécution et/ou de réalisation. il est clair que tout moyen,en soi connu, peut être utilisé pour créer un écoulement d'azote liquide dans un bain, la seule contrainte étant de faire appel à des technologies supportant les très basses températures (d'environ -196 C]. REVENDICATIONS 1- Procédé de refroidissement de produits du genre consistant à immerger au moin.s un produit dan.s un. bain de gaz liquéfie à très basse température, contenu dans une cuve, caractérisé en ce que r on anime le gaz liquéfié d'un mouve- ment d'écoulement (16) au moins entre une zone d'entrée (E) dans le bain et une zone de sortie (S) ou le produit (13) en est extrait. 2- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour créer ledit mouvement d'écoulement, on alimente la cuve (12) en gaz diphasique. 3- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on superpose un. mouvement d'agitation. au mouvement d'écoulement. 4- Appareil mettant en oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un. circuit de gaz liquéfié comportant une pompe (17). 5- Appareil selon la revendication. 4, caractérisé en ce que, pour assister la pompe, il comporte une alimentation. de gaz diphasique. 6- Appareil mettant en oeuvre le procédé suivant la revendication 1 ou la revendication. 3, caractérisé en. ce qu il comporte un.e alimentation de gaz diphasique. 7- Appareil mettant en. oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, pour créer l'écoulement de gaz liquéfié, un. moyen. (17a) comportant une vis (170) tournant dans une auge (171). 8- Appareil selon la revendication. 7, ca;actérisé en ce que ladite auge est partiellement immergée dans le bain (11a) gaz liquide. 9- Appareil selon la revendication. 7 ou la revendication 23, caractérisé en ce que ladite auge (171) est divisée axialement en deux tronçons (172, 173), un des tronçons (172) étant réalisé en tôle pleine, tandis que l'autre (173) est ajouré. 10- Appareil selon. la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits tronçons ont une lon.gueur correspondant à quelques pas de la vis (170). 11- Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte, pour actionner la vis (170), un moteur à vitesse variable. 12- Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en. ce qu'il comporte, entre la zone d' entrée (Ea) et une entrée (176) de l'auge (171), un couloir d'écoulement (330). 13- Appareil mettant en oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, pour créer l'écoulement de gaz, une roue à aubes (178) disposée dans la cuve (12b) 14- Appareil selon la revendication. 13, caractérisé en. ce qu'il comporte, pour extraire le produit (13b) du bain (llb), un tapis (41). 15- Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le tapis (41) est perfore. 16- Appareil selon la revendication 14 ou la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte-un peigne rotatif (50), au moins partiellement immergé dans le bain. (lob).