Brevet FR2538885A1 — publié le 19840706

La présente invention-est relative à un procédé pour refroidir au moins partiellement un récipient; elle s'applique en particulier à la congélation du col des bou- teilles de vin champagnisé, que l'on désignera plus simple- ment dans la suite par l'expression "bouteilles de champa- gne" 1, en vue de leur dégorgement. L'obtention du vin champagnisé résulte d'une fer- mentation réalisée au sein d'une bouteille par des levures qui consomment les sucres fermentescibles en dégageant du Co 2 et en produisant de l'alcool A la fin de la fermenta- tion, il se forme dans la bouteille,munie d'une capsule provisoire,un dépôt (boue) de levure et de précipité qu'il faut éliminer afin de livrer au consommateur un liquide par- faitement clair On complémente ensuite la bouteille avec du champagne et/ou une liqueur pour obtenir la qualité de champagne désirée, et l'on procède au bouchage définitif puis à l'étiquetage de la bouteille. L'opération d'élimination du dépôt s'appelle le dégorgement Dans tous les cas, on commence par maintenir suffisamment longtemps la bouteille en position renversée pour que le dépôt s'accumule dans la région de son col. Une première technique, purement manuelle, pour effectuer le dégorgement consiste à décapsuler la bouteille col en bas pour faire sortir le dépôt Ce procédé nécessite une main-d'oeuvre spécialisée et s'accompagne toujours d'une perte plus ou moins importante de liquide, çompte tenu du fait que la pression intérieure de la bouteille est voisine- de 4 bars. C'est pourquoi on a mis au point des installations mécanisées dans lesquelles on congèle-le coldes bouteilles par immersion dans une saumure à -30 C On obtient ainsi un glaçon qui emprisonne le dépôt accumulé dans le col, ce qui permet de retourner la bouteille et de la décapsuler. Lorsque le bord du glaçon fond, la surpression gazeuse ex- pulse ce glaçon et donc le dépôt, sans débordement de 2.5038885 liquide La perte de liquide peut ainsi être rendue mini- male. Bien que ce procédé donne satisfaction sur le plan des résultats obtenus, il est affecté de certains in- convénients qui empêchent sa généralisation chez les ré- coltants ce procédé nécessite un groupe frigorifique et une pompe de circulation de la saumure; par un phénomène de piégeage de l'humidité, la concentra- tion de la saumure a tendance à diminuer Il faut donc surveiller en permanence cette concentration. Il en résulte qu'une installation utilisant une saumure représente un investissement considérable et néces- site une équipe d'entretien qualifiée C'est pourquoi, en pratique, seuls les exploitants traitant de grandes quanti- tés de bouteilles, par exemple 3 oooà 10 000 bouteilles à l'heure, peuvent envisager d'y recourir. L'invention a pour but de fournir un procédé pou- vant être mis en oeuvre sur une petite échelle, avec un ma- tériel simple et relativement peu coûteux. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour refroidir au moins partiellement un récipient, notam- ment pour congeler le col d'une bouteille de champagne ren- versée, caractérisé en ce qu'on immerge la région à refroi- dir dans de l'azote liquide en plusieurs étapes séparées par des séjours de cette région hors de l'azote liquide. L'invention a également pour objet une installa- tion destinée à la mise en oeuvre d'un tel procédé Cette installation, du type comprenant un support adapté pour porter au moins un récipient à refroidir au moins partiel- lement, un bain d'un liquide réfrigérant, et des moyens pour effectuer un déplacement relatif entre le récipient et le support de manière à immerger dans le bain la région du récipient à refroidir, est caractérisée en ce que le bain est un bain d'azote liquide et en ce que lesdits moyens sont adaptés pour effectuer plusieurs immersions successi- ves de ladite région dans le bain. Un exemple de réalisation de l'invention va main- tenant être décrit en regard des dessins annexés, sur les- quels: la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une ins- tallation de congélation conforme à l'invention la figure 2 est une vue partielle de cette installation prise en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue prise en coupe suivant la ligne brisée III-III de la figure 2 la figure 4 représente en coupe, à plus grande échelle, un détail de la figure 3 la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 mais cor- respondant à un autre stade du traitement des bouteilles et la figure 6 est une vue partielle d'une variante. L'installation représentée aux figures 1 à 3 est destinée à congeler la région du col de bouteilles de cham- pagne 1 en vue de leur dégorgement Elle comprend un bâti 2 qui supporte une enceinte 3 isolée thermiquement dans la- quelle sont logés d'une part un bac à azote liquide 4 pour- vu d'un dispositif d'alimentation 5, d'autre part un porti- que 6 Le bâti 2 supporte également un ventilateur 7. L'enceinte 3 est une'boîte de forme générale pa- rallélépipédique pourvue sur une face latérale d'une large ouverture 8 qui peut être obturée par une porte coulissan- te 9 Cette porte présente près de son bord inférieur plu- sieurs ouvertures 10 qui, lorsque la porte est fermée, se trouvent juste-au-dessus du bord inférieur de l'ouverture 8. Le bac 4 est fixé sur le fond de l'enceinte 3; il comporte dans sa face supérieure un évidement 11 qui pré- sente, en vue en plan (figure 2), une forme en E, de façon à définir trois rigoles parallèles 12 reliées à une extrémi- té par une rigole transversale 13 L'évidement 11 a une pro- fondeur constante, et chaque rigole 12, 13 a en section transversale une forme rectangulaire. Le dispositif 5 est destiné à alimenter l'évide- ment 11 en azote liquide à partir d'un réservoir 14 main- tenu à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, par exemple de 1,5 bar absolu Pour cela, une conduite 15 dans laquelle sont montées en série deux électrovannes 16, 17 normalement fermées part du voisinage du fond du réservoir 14 et traverse la paroi de celui-ci, ainsi qu'une paroi latérale de l'enceinte 3, pour débou- cher dans un séparateur liquide-vapeur 18 Une canne 19 prévue au sommet de ce séparateur permet à la vapeur qui se forme lors de la détente de l'azote liquide de 1,5 bar à-1 bar de s'échapper dans l'enceinte 3, et'un tuyau 20 part du fond du séparateur 18 et débouche au fond de l'évi- dement 11, de préférence dans la-rigole transversale 13, pour réaliser une alimentation en source de l'évidement 11. Une conduite d'échappement 21 débouchant à l'air libre est piquée sur la conduite 15 entre les électrovannes 16 et 17 et est munie d'une électrovanne 22 normalement ouverte. Le portique 6 est constitué de quatre montants verticaux 23 suspendus à un mécanisme 24 de soulèvement et d'abaissement disposé sur la paroi supérieure de l'enceinte 3 Ce mécanisme peut être par exemple un mécanisme à cames commandé par-un programmateur Les montants 23 supportent à leur extrémité inférieure un châssis horizontal 25 de forme rectangulaire. Le châssis 25 est destiné à recevoir successive- ment une série de plateaux 26 porte-bouteilles Chacun de ces plateaux, de forme générale rectangulaire, comporte neuf ouvertures 27 dont la forme épouse celle d'une partie des bouteilles 1 située un peu au-dessus de la région du col dans la position de support renversée des bouteilles. Le ventilateur 7 est disposé sous l'enceinte 3. Son aspiration est reliée à un conduit 28 qui se termine 2538885 par une gaine 29 en plusieurs branches Lorsque la porte 9 de l'enceinte 3 est fermée, ses trous 10 se trouvent en regard des branches de la gaine 29, mais sans contact avec celles-ci Ces branches sont séparées-par des intervalles suffisants pour laisser passer les cols des bouteilles 1 lors des opérations de chargement et de déchargement de l'enceinte 3. En fonctionnement, lors du démarrage de l'instal- lation, l'électrovanne 22 est fermée, et le ventilateur 7 est mis en marche Un détecteur de niveau (non représenté) de tout type classique approprié assure le maintien d'un niveau d'azote liquide sensiblement constant dans l'évide- ment 11 en commandant, lorsque ce niveau baisse, l'inver- sion simultanée des deux électrovannes 16 et 17 Grâce à la présence du séparateur 18, c'est du liquide franc qui parvient dans l'évidement 11. La porte 9 étant ouverte et le portique 6 dans sa position haute 6 A illustrée en traits mixtes à la figure 1, un plateau 26 portant neuf bouteilles col en bas est in- troduit dans l'enceinte 3 et posé sur le châssis 25 Les bouteilles sont munies chacune d'une capsule provisoire 30 que l'on voit mieux aux figures 4 et 5 La porte 9 est en- suite fermée. Sous la commande de son programmateur, le mécanisme 24 fait effectuer au portique 6 les mouvements successifs suivants ( 1) descente lente jusqu'à sa position basse, visible à la figure 1, dans laquelle les cols des bouteilles sont immer- gés dans l'azote liquide sur une hauteur correspondant sen- siblement à la hauteur du dépôt 31 à éliminer (voir figure 4); ( 2) maintien en position basse pendant un temps prédétermi- né relativement court; ( 3) remontée lente en position haute 6 A ( 4) maintien en position haute pendant un temps prédéterminé 6 2538885. relativement court ( 5) répétition au moins une fois des étapes ( 1) à ( 4), éventuellement avec des temps différents de maintien en position basse et/ou en position haute. Enfin, la porte 9 est ouverte, le plateau 26 est évacué et transporté au poste de dégorgement proprement dit, et un autre plateau 26 est introduit dans l'enceinte 3 pour un nouveau cycle de fonctionnement L'introduction et l'évacuation des plateaux peut, par exemple, s'effec- tuer à la main en les faisant glisser sur des glissières (non représentées) prévues devant l'ouverture 8 et sur le châssis 25 du portique 6. Les vapeurs d'azote qui se forment, étant beau- coup plus lourdes que l'air, se rassemblent dans la partie inférieure de l'enceinte 3, ce qui réduit la vaporisation du bain d'azote liquide L'aspiration continue de ces va- peurs par le ventilateur 7 au niveau du bord inférieur de l'ouverture 8 assure la sécurité du personnel Il est à noter que l'effet de refroidissement produit sur le corps des bouteilles par l'azote gazeux est néglige-able malgré la très basse température de ce gaz (l'équilibre liquide- vapeur de l'azote sous 1 bar a lieu à -196 o C), du fait du faible coefficient de transfert thermique entre ce gaz et les bouteilles; il n'y a donc aucun risque de congélation totale du champagne L'écartement entre la gaine 29 et la porte 9 est déterminé de-façon à aspirer en même temps que les vapeurs d'azote une quantité d'air qui forme avec cel- les-ci un mélange à une température convenable pour traver- ser le ventilateur 7. Il est essentiel de procéder à plusieurs immer- sions consécutives des cols des bouteilles pour les conge- ler dans l'azote liquide, pour éviter leur éclatement sous l'effet du choc thermique A titre d'exemple, un cycle à trois immersionsayant donné satisfaction est le suivant temps de première immersion dans l'azote liquide: 10 s temps de maintien hors du bain: 10 s temps de deuxième immersion dans l'azote liquide: 10 s temps de maintien hors du bain: 10 s temps de troisième immersion dans l'azote liquide: 25 s temps de maintien hors du bain: 2 mn. Le dernier temps de maintien hors du bain est celui au cours duquel les bouteilles sont extraites de l'enceinte 3 et transportées au poste de dégorgement. Plus précisément, les deux premières immersions ont essen- tiellement pour effet de refroidir le verre du col par éta- pes pour éviter l'apparition de contraintes internes trop élevées La boue constituée par le dépôt se congèle essen- tiellement lors de la troisième immersion, en commençant par sa zone extérieure. Il est à noter que l'on peut faire cesser la der- nière immersion alors que le front de solidification de la boue a encore une forme à peu près conique, comme représen- té en 32 à la figure 4, et qu'il subsiste une zone centrale 33 de boue encore liquide En effet, l'apport de frigories est effectué par l'azote liquide à une température suffisam- ment basse pour que, au cours du transport des bouteilles jusqu'au poste de dégorgement, le front 32 progresse de lui-même jusqu'à solidification complète de la zone du dé- pôt sous la forme d'un glaçon cylindrique 34, comme repré- senté à la figure 5. Cet effet très favorable de la congélation par- l'azote liquide permet de réduire le temps de maintien des bouteilles dans l'enceinte 3 Ainsi, compte tenu des temps d'entrée et de sortie des bouteilles, l'installation décri- te, avec l'exemple de cycle donné plus haut, peut traiter environ 400 bouteilles par heure, et ce, comme on le com- prend, avec un investissement très-réduit. L'agencement à trois électrovannes 16, 17, 22 est un montage de sécurité contre les fuites d'azote liquide 8 2538885 lorsque l'installation est à l'arrêt: si l'électrovanne 16 seule fuit, l'azote s'échappe par l'électrovanne 22; si les deux électrovannes 16 et i 7 fuient, il en est de même, car l'électrovanne 22, complètement ouverte, offre à l'azote une résistance bien inférieure à celle opposée par l'électrovanne 17 Ce montage est particulièrement appro- prié dans l'application décrite, car l'installation peut être manipulée par une main-d'oeuvre non spécialisée et être disposée dans un local fermé, notamment dans la cave de fermentation du champagne, o les fuites d'azote seraient dangereuses pour le personnel. Pour réduire à un minimum la con-sommation d'azote liquide, on peut, comme représenté à la figure 3 et en traits mixtes à la figure 2, diviser l'évidement 11 en lo- gements individuels pour les neuf cols de bouteilles au moyen de huit entretoises séparatrices 35 disposées dans l'évidement 11 De préférence, comme représenté, on laisse subsister un petit espace 36 (figure 3) entre ces entre- toises et le fond de l'évidement 11; ainsi, les neuf lo- gements communiquent entre eux et peuvent être alimentés en azote liquide par un tuyau 20-unique. Dans une autre variante, illustrée partiellement à la figure 6, l'enceinte 3 est dépourvue de porte, et la gaine 29 A est ouverte vers le haut; son embouchure se trouve dans le plan horizontal qui contient le bord infé- rieur de l'ouverture 8 de l'enceinte, et elle s'étend de façon continue sur toute la longueur de cette ouverture. Dans ce cas, les vapeurs d'azote débordent de l'ouverture 8 dès qu'elles ont atteint ce niveau, et la gaine 29 A est dimensionnée de façon qu'avec elles soit aspirée une quan- tité d'air appropriée pour que le mélange parvenant au ven- tilateur 7 ait une température convenable. Cette variante permet d'éviter tout risque de bouchage des ouvertures 10 de la figure 1, tandis que l'a- gencement de la figure 1 présente l'avantage de limiter aux 9 2538885 courtes périodes d'ouverture de la porte 9 la possibilité d'introduction d'humidité à l'intérieur de l'enceinte 3. On peut également envisager un traitement continu ou semi-continu des bouteilles 1, au moyen d'un transporteur (convoyeur linéaire ou table tournante) réalisant le cycle d'immersions voulu dans un ou plusieurs bains de formes et de disposition appropriées. L'invention peut être utilisée, de façon généra- le, dans tous les cas o un refroidissement par simple im- mersion dans de l'azote liquide présente des inconvénients sérieux, soit du fait de la nature (matière ou structure) du récipient, soit du fait de celle du produit contenu dans ce récipient Elle permet dans tous les cas d'éviter la création de gradients de température excessifs, de raccour- cir les temps de refroidissement (et par conséquent de di- minuer les investissements) et d'amener les articles trai- tés à une température quelconque comprise entre l'ambiante et le point d'ébullition de l'azote, par un choix judicieux des temps d'immersion dans l'azote liquide et de maintien hors du bain. 2538885 REVENDICATIONS 1 Procédé pour refroidir au moins partielle- ment un récipient ( 1), notamment pour congeler le col d'une bouteille de champagne renversée, caractérisé en ce qu'on immerge la région à refroidir dans de l'azote liquide en plusieurs étapes séparées par des séjours de cette région hors de l'azote liquide. 2 Procédé suivant la revendication 1, pour congeler le col d'une bouteille de champagne renversée ( 1), caractérisé en ce qu'on arrête la dernière immersion lorsque la région du col n'est que partiellement congelée. 3 Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on effectue deux immersions de même durée suivies chacune d'un séjour hors de l'azote li- quide également de même durée, puis une dernière immersion de plus longue durée. 4 Installation de mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, du type comprenant un support ( 6) adapté pour porter au moins un récipient ( 1) à refroidir au moins partiellement, un bain d'un liquide réfrigérant, et des moyens ( 24) pour effec- tuer un déplacement relatif entre le récipient et le sup- port de manière à immerger dans le bain la région du réci- pient à refroidir, caractérisée en ce que le bain est un bain d'azote liquide et en ce que lesdits moyens ( 24) sont adaptés pour effectuer plusieurs immersions successives de ladite région dans le bain. Installation suivant la revendication 4, ca- ractérisée en ce qu'elle comprend des moyens ( 7, 28, 29; 29 A), pour aspirer les vapeurs d'azote liquide à un niveau un peu supérieur au niveau du bain. 6 Installation suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisée-en ce qu'elle comprend un dispositif ( 5) d'alimentation du bain comportant un séparateur de pha- ses ( 18). 11 253888-5 7 Installation suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif ( 5) d'alimentation du bain comportant un dispositif de sécurité àtrois électrovannes ( 16, 17, 22) dont deux ( 16, 17), normalement fermées, montées en série entre un réservoir ( 14) d'azote liquide et le bain, et une troisième ( 22), normalement ouverte, montée sur une con- duite d'échappement ( 21) piquée entre les deux premières électrovannes ( 16, 17). 8 Installation suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que le bain est disposé dans une enceinte ( 3) et en ce que le support ( 6) est un portique élévateur et abaisseur programmé. 9 Installation suivant les revendications 5 et 8 prises ensemble, caractérisée en ce que l'enceinte ( 3) comporte une porte ( 9) munie dans sa partie inférieure d'ouvertures ( 10) qui, en position de fermeture de la porte, se trouvent en regard d'une gaine d'aspiration ( 29), à une certaine distance de l'embouchure de celle-ci. 10 Installation suivant les revendications 5 et 8 prises ensemble, caractérisée en ce que l'enceinte ( 3) comporte une ouverture permanente ( 8) d'introduction et d'évacuation des récipients ( 1), et en ce que lesdits moy- ens d'aspiration ( 7, 28, 29 A) comprennent une gaine ( 29 A) ouverte vers le haut dont l'embouchure se trouve dans le plan horizontal du bord inférieur de cette ouverture ( 8).