Brevet FR2568452A1 — publié le 19860207

Cette invention concerne la congélation de liquides contenus dans un récipient et plus particulièrement un procédé de congélation utilisant un jet de liquide réfrigéré dirigé sur la surface extérieure du récipient L'art antérieur dans le domaine auquel se rapporte l'invention ressort notamment des brevets des E.U.A 4 335 583, 4 352 830, 4 324 108 et des documents qui y sont cités, L'invention concerne plus spécialement un procédé et un appareil de congélation utilisant au moins un récipilent, en particulier un moule, destiné à contenir le produit liquide à congeler dont la cavité affecte la forme d'une pyramide ou dlun conte tronqué allongé (dont la hauteur ou la longueur est grande comparativement au diamètre de la base), Généralement, plusieurs de ces récipients ou moules seront portés par une barre à moules. ta base de chaque moule est attachée à la barre et définit une ouverture par laquelle s'effectue l'introduction du produit liquide à congeler. De ce fait, la section droite de la cavité, définie par un plan normal à la hauteur de la cavité, est maximale à l'ouverture ou entrée de chaque cavité, de sorte que la quantité ou la masse de produit à glacer est plus grande près de cette entrée. La congélation du produit liquide contenu dans chaque moule peut être obtenue par immersion dans un liquide réfrigéré ou par pulvérisation de liquide réfrigéré contre la surface extérieure du moule Les deux méthodes sont appliquées dans l'art. Quelle que soit la méthode de congélation appliquée, il est souhaitable de produire la solidification complate à une vitesse proportionnelle à la section droite des différentes parties de la cavité. En d'autres termes, la vitesse de congélation à l'entrée de la cavité, c1est-à-dire dans la région contenant la plus grande masse ou quantité de produit devrait être plus grande - dans le cas idéal - que la vitesse de congélation à l'extrémité opposée ou pointe de la cavité. Bien que l'obtention de conditions de transfert thermique créant une vitesse de congélation différenciée puisse paraltre irréalisable et ne pas correspondre exactement à l'idéal théorique dans la pratique industrielle, les composants du système décrit ici ont été choisis et conçus pour réaliser autant que faire se peut les conditions de transfert thermique idéales. L'invention apporte un procédé et un appareil pour congeler un produit alimentaire liquide contenu dans un moule pourvu d'une ouverture pour la réception d'une quantité dosée du produit, avec un dispositif pour distribuer un liquide réfrigéré sous pression à travers des tuyères ayant une section d'écoulement conférant au liquide du jet issu de la tuyère une faible vitesse, le Jet venant frapper le côté extérieur du moule près de l'ouverture de celui-ci et le liquide réfrigéré ainsi projeté contre le côté extérieur du moule s'écoulant ensuite par gravité le long de la surface extérieure de celui-ci. Le taux de transfert de chaleur au liquide réfrigéré diminue pendant l'écoulement du liquide de la région de l'ouverture du moule jusqu'au fond ou jusqu'à la partie inférieure de la paroi du moule. Selon un mode de réalisation de l'invention, le liquide réfrigéré est distribué à une série de '1montants de distribution" uniformément-espacés et présentant des tuyères de distribution qui dirigent des jets de liquide réfrigéré de faible vitesse contre ltextrémité supérieure d'un moule allongé qui se rétrécie de haut en bas, de sorte que sa section droite dans un plan normal à l'axe de symétrie longitudinal du moule diminue vers le fond ou la partie inférieure de la paroi du moule. En dirigeant le liquide réfrigéré sur la partie du moule ayant la plus grande section, la vitesse à laquelle la chaleur est transférée du produit liquide à glacer au liquide réfrigéré est augmentée puisque la dlfférence de température est maximale dans la partie supérieure recevant le liquide réfrigéré en premier. L'invention évite en outre la formation de brouillard de liquide réfrigéré grâce au fait que le liquide est projeté à faible vitesse contre la surface du moule. Dans l'art antérieur, des jets dans lequel le liquide réfrigéré possède une grande vitesse sont dirigés entre les moules et directement contre les barres portant les moules. En frappant las surfaces planes des barres à moules, les jets sont fractionnés en gouttelettes qui se dispersent en partie sur la surface extérieure des moules suspendus aux barres. Les gouttelettes projetées sur les moules produisent la congélation ou la solidification du produit contenu à l'intérieur.Outre la formation du brouillard par le fractionnement des jets à grande vitesse, ce fractionnement est irrationnel du point de vue thermique puisqu'une quantité inutilement grande de chaleur est absorbée par le liquide réfrigéré sur son trajet vers la surface des moules. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale verticale d'une machine à fabriquer des glaces selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en élévation partielle et à plus grande échelle illustrant la disposition des montants de distribution de liquide réfrigéré à proximité immédiate des moules contenant le produit liquide congelable - la figure 3 est une coupe prise à peu près suivant la ligne 3-3 de figure 2 mais à une échelle comprise entre celles des figures I et 2 - la figure 4 est une vue en plan partielle, prise dans le sens des flèches 4-4 sur la figure 1, mais à plus grande échelle ; et - la figure 5 est une vue en perspective éclatée de la partie supérieure d'un montant de distribution et de ses tuyères pour la distribution du liquide réfrigéré. La machine à fabriquer les glaces représentée sur la figure 1 et désignée dans son ensemble par la référence 10 est décrite presque entièrement dans la demande de brevet des E.U.A n" 604 776 déposée le 27 avril 1984 au nom de la demanderesse et intitulée "Method and Apparats for Producing Frozen Confections". Dans ce qui va suivre, la description de la machine représentée sur la figure 1 sera limitée à ce qui est nécessaire pour la compréhansion de la présente invention. I1 est à noter cependant que l'invention est applicable également à d'autres appareils utilisant un liquide réfrigéré pour congeler un produit contenu dans un moule ou un autre récipient. La machine 10 à fabriquer les glaces possède, sur un bâti adéquat (non représenté), des pignons à chaîne 12 et 14 qui sont longitudinalement espacés sur des arbres 16 et 18 qui s'étendent transversalement. Les pignons font circuler des chaises 20 sur un trajet fermé comprenant un brin supérieur 22 et un brin inférieur 24.Les chaines portent entre elles, à des intervalles réguliers, des barres à moules 26 qui s'étendent transversalement et portent chacune une série de moules. Sous la machine est montée une structure en auge 30 qui s'étend pratiquement sur toute la longueur de la machine et qui sert à la collecte et à la distribution, au moyen d'une pompe 32, de saumure à haute température à une série de rampes de projection 34 pour la décongélation des moules, afin d'en permettre le retrait de glaces finies C. De plus, comme expliqué plus en détail dans la demande de brevat précitée, les barres ayant retenu, sans que cela soit voulu, une ou plusieurs glaces dans ieurs moules respectifs, sont retournées par un mécanisme de retournement 36 qui fait tourner la barre à moules de 1800, de sorte que les ouvertures de ses moules sont dirigées vers le bas. Ensuite, un liquide de nettoyage d'une composition adéquate quelconque est pompée, par une pompe 38, à travers des rampes de pulvérisation 40 qui dirigent des jets de liquide à haute vitesse dans les cavités des moules. Le produit ainsi chassé des moules est recueilli dans une partie en creux 42 de l'auge 30, pendant que les barres à moules retournées sont maintenues en position retournée. Les cavités sont ensuite traitées par un liquide desinfectant issu de rampes de pulvérisation 44. La barre à moules est ramenée ensuite à sa position normale, avec les ouvertures des moules dirigées vers le haut, par un mécanisme de retournement 46 dont la construction et le mode de fonctionnement sont similaires à ceux du mécanisme de retournement 36. Pendant que des barres à moules 26 successives avancent sur le brin supérieur 22, un mécanisme de remplissage ou de distribution classique 48 dépose une quantité dosée de produit liquide à glacer dans chaque moule d'une barre. Il à noter que l'espacement entre les barres à moules 26 sur le brin supérieur 22 est nettement inférieur à leur espacement sur le brin de retour 24 en bas. Comme on peut le voir sur la figure 2, les barres sont disposées en fait très proches les unes des autres sur le brin supérieur. Les barres 26 peuvent être pour es chacune d'une lèvre, par exemple comme celle référencée par 50 et visible sur la figure 3, de manière que les barres forment pratiquement une paroi fermée sur le brin supérieur, ceci afin de réduire la tendance de la saumure à s'infiltrer dans les moules 28 et d'exclure ou de diminuer ainsi la possibilité de contamination. Un bac collecteur de saumure 52 s'étend sous le brin supérieur 22, pratiquement sur toute la longueur de celui-ci. Dans ce bac sont disposés des tubes 54 raccordés entre eux et constituant un réseau de distribution, dans lequel de la saumure froide venant d'une unité de réfrigération est introduite par une conduite dtalimentation 56. La saumure utilisée pour la réfrigération est renvoyée à l'unité de réfrigération par un tuyau d'aspiration (non représenté) branché sur une rigole collectrice de saumure 58. La saumure introduite dans les tubes 54 est amenée à des montants de distribution 60 qui distribuent ou projettent de la saumure froide contre la surface extérieure des moules 28 pendant qu'ils passent sur le brin supérieur 22 des chaines 20. Pendant l'avance d'une barre à moules depuis le mécanisme de remplissage 48, dans le sens de la flèche R, donc de droite à gauche dans la représentation de figure 1, le produit liquide à glacer se solidifie progressivement. Les barres à moules successives sont immobilisées un bref instant sous un mécanisme 62 d'insertion de bâtonnets. Chaque moule contenant du produit partiellement solidifié reçoit ainsi un bâtonnet 64 qui est enfoncé partiellement dans le produit et dont la partie qui dépasse à ltextérieur sert à tenir la glace pour faciliter la consommation. Les barres à moules 26 successives, avec un bâtonnet dans chaque moule 28, avancent vers un poste d'extraction 66 qui, en coopération avec le liquide de décongé- lation débité par les rampes 34, enlève simultanément toute la rangée de glaces C des moules respectifs de la barre et les transporte à un mécanisme de mise sous sachet. Selon une particularité de l'invention, des moyens sont prévus pour distribuer la saumure réfrigérée sous forme de jets dans lesquels la saumure présente une vitesse relativement faible et qui sont dirigés sur la surface extérieure des moules 28 dans une région voisine ou contiguë aux barres à moules 26, puisque la plus grande quantité de produit à glacer se trouve dans cette région. Bien que la forme préférée des moules 28 soit une forme conique ou pyramidale allongée, il va de soi que des moules ayant d'autres formes peuvent être utilisés aussi, auquel cas le syseme de projection de saumure selon l'invention peut être modifié, si nécessaire, pour que les jets de saumure frappent de nouveau la région des moules contenant la plus grande masse de produit congelable. Les figures 2 et 4 représentent un mode de réalisation préféré pour distribuer le liquide réfrigéré sur la partie supérieure des moules 28. Comme indiqué dans ce qui précède, la saumure réfrigérée est amenée aux tubes 54 par la conduite d'alimentation 56. A partir des tubes 54, le liquide réfrigéré pénètre dans les montants de distribution 60, lesquels sont des conduits rectangulaires, d'où le liquide est déchargé latéralement à travers des tuyères ou buses de section dtécoule- ment relativement grande formées dans une plaquette de recouvrement 68 qui est fixée de façon détachable sur chaque montant 60 par des vis 70 ou d'autres éléments de fixation. Les directions de projection du liquide réfrigéré sont indiquées, en élévation et en plan sur les figures 2 et 4, par les flèches 72. La figure 5 montre d'autres détails des montants 60 et de leur plaquette de recouvrement 68. Dans chaque montant est formé un passage 74 par lequel la saumure venant des tubes 44 est dirigée vers le haut jusqu"8 la plaquette 68. Le dessous de cette dernière présente des évidements, formant les tuyères, définis entre une cloison centrale 76 et des bossages 78 à peu près semi-circulaires sur les extrémités de la plaquette. Le fluide réfrigéré sortant du passage 74 est ainsi divisé en deux jets, lesquels sont chacun divisés en deux autres jets, de sorte qu'on obtient le schéma de projection indiqué par les flèches 72 sur la figure 4. Pendant le transport des barres à moules 26 par les chaînes 20 dans le sens de la flèche R, les moules 28 de chaque barre 26 rencontrent, pendant leur avance dans le brin supérieur 222 les jets de liquide réfrigéré repré- sentés par les flèches 72. t1 examen de la figure 4 fait ressortir que toutes les parties de la surface extérieure des moules 28 sont ainsi mouillées par les jets de liquide réfrigéré. L'orientation des moules 28, dont la dimension principale dans le plan horizontal est transversale à la direction de transport, est choisie, en combinaison avec la direction de projection des jets 72 individuels par rapport à la face avant 28a et aux faces latérales 28b des moules pendant l'avance de ceux-ci, de manière que le liquide réfrigéré projete sur la surface extérieure des moules reste aussi longtemps que possible sur cette surface. Les moules continuant à avancer, les montants 60 arrosent également les faces latérales 28b - dont ils sont très peu espacés - et les faces arrière 28c des moules passant devant eux. Les formes géométriques et la disposition des montants 60 par rapport as moules des différentes barres à moules font que chacun des quatre jets de liquide réfrigéré projetés par chaque montant mouille successivement et établit un film de liquide réfrigéré sur au moins une grande face et une petite face de chaque moule passant devant le montant considéré. Comme mentionné dans ce qui précède, la vitesse du liquide dans les jets est maintenue suffisamment basse pour qu'il ne se forme pas de gouttelettes. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour congeler un liquide contenu dans un moule, en particulier dans un moule en forme de pyramide ou de cone tronqué relativement long, ayant un axe central de symétrie, selon lequel, au moyen d'une tuyère, on dirige un jet de liquide réfrigéré sur le moule pour congeler le liquide qu il contient, caractérisé en ce que l'on place la tuyère à proximité immédiate de la base ou partie de plus grande section droite du moule (28), on fait sortir en continu un jet de liquide réfrigéré Q2) de la tuyère, on dirige ce jet sur la base du moule, de manière que pratiquement tout le jet se transforme en une couche de liquide réfrigéré couvrant l'extérieur du moule, et on oriente le moule (28) de manière que cette couche de liquide s'écoule par gravité vers l'extrémité du moule opposée à la base, de sorte que le liquide réfrigéré, en s 'écoulant de la base vers llextré- mité opposée du moule, retire de la chaleur du liquide contenu à l'intérieur à un taux proportionnel à la masse décroissante du liquide contenu dans le moule. 2. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, possédant au moins un moule pourvu d'une ouverture pour le remplissage du moule avec le liquide à congeler et au moins une tuyère pour diriger un jet de liquide réfrigéré sur le moule, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une alimentation en liquide réfrigéré (56) et un dispositif de distribution pour le liquide réfrigéré (54,60), menant à la tuyère, que la tuyère est dispcsée près du moule (28) et que le jet ou les jets de liquide réfrigéré issu(s) de la tuyère frappe(nt) la surface extérieure du noule (28) dans la région de son ouverture. 3. Appareil selon la revendication 2, dans lequel le jet de liquide réfrigéré sort de la tuyère à une vitesse telle que pratiquement tout le jet est transformé en ur film de liquide couvrant la surface du moule (28). 4. Appareil selon la revendication 3, dans lequel le moule (28) affecte la forme d'une pyramide ou d'un cône tronqué allongé dont l'ouverture de remplissage constitue la base, le jet de liquide réfrigéré (72) étant dirigé sur la région de base d la pyranidc ou du cône, de manière que pratiquement tout le jet se transforme en une couche de liquide recouvrant et s'écoulant sur le moule.