Brevet FR2588160A1 — publié le 19870410

SYSTEME DE FABRICATION DE COMESTIBLES GLACES AVEC GONFLEMENT La présente invention concerne de façon générale un système de fabrication de comestibles glacis et analogues présentant un gonflement et plus particulièrement l'invention con- cerne un système pour fabriquer des desserts glacis tels que des crames glacées Lors de la fabrication de comestibles glacés, la prati- que courante consiste à préparer un mélange et à assurer un gonflement au produit par inclusion d'air ou d'un gaz inerte tel que de l'azote, dans le mélange avant d'entrer dans un échangeur de chaleur à action par la surface pour refroidir ou glacer le mélange et fournir un produit avec un gonflement souhaité. L'échangeur de chaleur est associé à un système de réfrigération qui est connecté par une conduite d'admission à l'échangeur de chaleur. Lors du fonctionnement normal de l'échangeur de chaleur, de l'air ou du gaz inerte est fourni dans le mélange par un mélangeur d'o il résulte un produit refroidi ou glacé présentant un gonflement. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "gonflement" est exprimé sous forme d'un pourcentage d'augmentation en volume par inclusion d'air ou d'un gaz inerte. Par exemple, si le mélange croit de 20% en volume par suite de l'inclusion de gaz, on dit qu'il se présente un gonflement de 20%. Si des volumes égaux de mélange et de gaz sont inclus dans le produit final, on dit qu'il y a un gonflement de 100%. De façon courante, on introduit le mélange dans une pompe à engrenages qui présente une entrée pour recevoir de l'air pour assurer le gonflement. La combinaison du mélange et de l'air est alors pompée dans un échangeur de chaleur à refroidissement par la surface. Les pompes à engrenages ont présenté plusieurs limitations et les systèmes connus jusqu'à présent pour assurer l'injection d'air dans le mélange ont également présenté des limi- tations de sorte qu'il s'est présenté des variations notables de gonflement. Ainsi, ces systèmes précédemment connus n'ont pas per- mis d'assurer une cohérence quant au contrôle du gonflement lors de la fabrication de comestibles glacis incluant des desserts glacés, des crèmes glacés, des sorbets et analogues. Pour la fabrication de ces produits, on souhaite assurer un gonflement compris entre 20% et 200%. Dans les systèmes connus jusqu'à présent, comme cela a été indiqué, il est habituel de prévoir une pompe pour fournir le mélange et le gaz vers l'échangeur de chaleur à action super- ficielle mais également de prévoir une pompe à la sortie de l'échangeur de chaleur, nécessitant ainsi plusieurs pompes. En outre, les systèmes connus jusqu'a présent ont nécessité que l'on effectue des changements importants tels que des changements de pignons pour traiter une large gamme de gonflements. En outre, dans les systèmes connus avant la présente invention, la quantité d'inclusion d'air était soumise aux variations de pression d'ali- mentation. L'utilisation de pompes à engrenages dans des systèmes pour fabriquer des comestibles glacés a également présenté des limitations pour assurer le niveau souhaité de contrôle de gonflement. Une pompe à engrenages est affectée par la viscosité du mélange, et la température du mélange affecte de la même façon le fonctionnement de la pompe à engrenages. La pression en amont et en aval avait également un effet sur le fonctionnement de la pompe à engrenages. En outre, la pompe à engrenages tend à s'user en raison de l'engrènement des pignons alors qu'il serait souhai- table d'éviter cette usure dans le fonctionnement du système. Les systèmes de l'art antérieur présentaient des problèmes quant à des coupures occasionnées par le besoin d'arrêter le débit de sortie de l'échangeur de chaleur à action par la surface, ce qui peut résulter par exemple de difficultés dans la ligne d'emballage. Il est difficile dans de nombreux systèmes de l'art antérieur, d'effectuer un redémarrage après une telle coupure. Un objet principal de la présente invention est de prévoir un système perfectionné pour fabriquer des comestibles glacés et analogues présentant un gonflement. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un système perfectionné pour fabriquer des comestibles glacés et analogues avec un gonflement soigneusement contrôlé qui ne varie pas de façon notable pendant le fonctionnement. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un système perfectionné pour fabriquer des comestibles glacés qui puisse être facilement adapté à traiter des débits de sortie et des gonflements différents. Un autre objet de l'invention est de prévoir un système perfectionné pour fabriquer des comestibles glacés et analogues présentant des gonflements variables, ce système pouvant être placé à un état d'attente puis facilement redémarré. Un autre objet de l'invention est de prévoir un système perfectionné pour fabriquer des comestibles glacés et analogues qui présente une durée de vie longue et qui soit de maintenance facile. Un autre objet de l'invention est de prévoir un système perfectionné pour fabriquer des comestibles glacés et analogues qui ne nécessite pas de pompe à la sortie de l'échangeur de cha- leur en plus d'une pompe d'admission. D'autres objets et avantages de l'invention apparattront en relation avec les dessins ci-après et la description qui suit. Dans les dessins, la figure 1, comprenant les figures 1A et lB, est un schéma d'ensemble du système selon l'invention pour fabriquer des comestibles glacis et analogues. Le système selon l'invention est particulièrement adapté à la fabrication de comestibles glacés et analogues présentant un gonflement qui est effectué par inclusion d'air ou d'un gaz inerte dans un mélange fourni à un échangeur de chaleur à action par la surface pour refroidir ou glacer. Les comestibles glacés peuvent être des desserts glacés, des crèmes glacées, des sorbets ou ana- logues. Comme le représente la figure 1, le système comprend de façon générale un échangeur de chaleur à action par la surface 11 qui comprend une conduite d'admission de liquide 13 et une con- duite d'admission de gaz 15 associées à un moyen de refroidisse- ment. L'échangeur de chaleur à action par la surface 11 comprend un cylindre d'admission 17 dans lequel est disposé un tube 19. Un mélangeur 20 est situé dans le tube 19, le mélangeur et le tube étant représentés par des traits en pointillés en figure 1. Le cylindre d'admission est relié aux conduites de gaz et de liquide et 13. L'échangeur de chaleur à action par la surface 11 comprend une entrée 21 et une sortie 23. Le mélangeur 20 est entratné par un arbre 25 qui est relié à une poulie 27. La poulie 27 est entraînée par une courroie 29 qui est elle-même entraînée par un moteur de mélangeur 31. Le moteur de mélangeur 31 peut être commandé par une alimentation variable 33 qui peut être modifiée en changeant la fréquence de l'alimentation électrique. Le moyen de refroidissement est un module de réfrigéra- tion désigné de façon générale par la référence 35 et est de con- ception et de constitution classiques et sera en conséquence seulement brièvement décrit içi. De façon générale, le module de réfrigération 35 comprend un accumulateur 37 pour contenir de l'ammoniac ou autre réfrigérant. L'accumulateur 37 est relié à un injecteur 39 qui fournit le liquide réfrigérant par une ligne 41 vers la conduite d'admission de liquide 13 de l'échangeur de cha- leur à action par la surface 11. Le gaz en provenance de l'échan- geur de chaleur 11 peut être renvoyé par une ligne 43 provenant de la conduite de gaz 15. Le niveau de réfrigérant dans l'accumula- teur 37 est commandé au moyen d'une valve à flotteur 45 qui est reliée à un contrôleur de niveau 47 et permet au réfrigérant liquide d'entrer dans l'accumulateur par une ligne 48. Le réfri- gérant liquide peut également être introduit par une ligne 49. Le perfectionnement selon l'invention comprend un système air/mélange, désigné de façon générale par la référence 51 et représenté plus particulièrement en figure lB, qui comprend une ligne d'alimentation 53 pour introduire la mélange dans une pompe à déplacement positif 55. Alors que la pompe 55 peut être une pompe à engrenages classique, il s'est avéré plus souhaitable de prévoir une pompe à cames telle qu'une pompe de Waukesha qui assu- re une durée de vie plus longue et moins d'usure. Dans une pompe à engrenages, les pignons engrènent de façon normale et typiquement 258 8 160 un pignon en entraîne un autre, tandis que dans une pompe à cames, les cames ne sont pas en contact les unes avec les autres et. une usure minimale en résulte. La pompe 55 est munie d'une commande à vitesse variable 57 qui est de préférence effectuée par variation de fréquence de l'alimentation électrique. Ceci autorise une grande variation de vitesse de la pompe 55 qui peut être facile- ment commandée pour assurer une large gamme de débits de mélange. On notera qu'il n'est introduit ni air ni gaz inerte dans la pompe 55 comme cela était effectué de façon classique. La pompe présente une sortie sur une conduite 56 qui fournit le mélange à un débitmètre magnétique 59. Le débitmètre magnétique est disponible commercialement et comprend un corps de mesure et un conditionneur de signal associé au corps de mesure. Le débit- mètre magnétique 59 a un fonctionnement basé sur la loi de Faraday de l'induction électromagnétique pour produire un signal en réponse au débit de mélange dans le d9bitmètre magnétique 59. Tandis que le mélange s'écoule dans le champ magnétique produit par des enroulements à haute densité du débitmètre, une tension est produite, cette tension étant directement proportionnelle à la vitesse du mélange qui circule. Des électrodes en contact avec le débit de mélange envoient la tension induite par le débit au con- ditionneur de signal qui convertit cette tension en une sortie de courant en impulsions et/ou analogique par une ligne 60. Le débit- mètre magnétique est disponible commercialement et un débitmètre magnétique 59 particulièrement satisfaisant est le débitmetre électromagnétique Brooks Wafer-Mag disponible auprès de la Brooks International Division de la Société dite Emerson Electric Co. Le débitmètre 59 fournit une sortie par une conduite 61 pour transporter le mélange vers l'échangeur de chaleur à action par la surface 11 et en particulier sur son entrée 21. En aval du débitmètre magnétique 59, del'air ou un gaz inerte est introduit dans la conduite 61 au moyen d'un té 63 qui est relié à une ligne d'arrivée d'air 65. Le té est muni d'une valve de contrôle (non représentée). La quantité d'air qui entre dans la conduite 61 à partir de la ligne d'introduction d'air 65 est contrôlée par un 258 8 160 moyen de contrôle de débit massique d'air 67 qui reçoit l'air filtré et sous pression par une ligne 69. Le moyen de contrôle de débit massique d'air 67 est églament disponible sur le marché et contrôl81e de façon automatique le débit massique d'air sur la ligne d'arrivée d'air 65. Un moyen de contrôle de débit massique d'air particulièrement satisfaisant est l'appareil Brooks modèle 5850C fabriqué par la Brooks Instrument Division de la Société dite Emerson Electric Co. Le moyen de contrôle de débit 67 reçoit des signaux d'entrée par une ligne 71, de façon à contrôler la quan- tité d'air introduite dans la conduite 61. Un processeur programmable 73 sert à commander le débit du mélange dans la pompe 55 et à commander la quantité d'air de la conduite 61 au moyen des signaux d'entrée vers le moyen de contrôle de débit 67 par la ligne 71. Le processeur programmable 73 est réglé pour un débit donné et également pour fournir de l'air pour un gonflement désiré. Le signal en provenance du débit- mètre magnétique 59 est fourni proportionnellement au débit réel du mélange. Ce signal sert également simultanément à commander le gonflement qui est réglé dans l'ordinateur programmable 73 et fournit un signal de commande au moyen de commande de débit massi- que d'air 67. Le processeur programmable 73 est disponible commer- cialement et un processeur programmable particulièrement satisfaisant est vendu sous l'appellation Pie 49 par la Société dite Giddings and Lewis Electronics Company. Etant donné que divers logiciels peuvent être développés à partir des fonctions décrites sans sortir des compétences de l'homme de l'art pour faire fonctionner le processeur 73, il n'est pas nécessaire de décrire içi en détail ces logiciels. Le processeur 73 assure également une commande de la pompe 55 au moyen du signal en provenance du débitmètre 59 qui commande la fréquence de l'alimentation variable 57. Ainsi, le débit est réglé, surveillé, et commandé quelles que soient les fluctuations de température et/ou les changements de viscosité du mélange. En outre, de grandes variations de réglage du débit peuvent être effectuées sans qu'il soit nécessaire de prévoir des changements d'entralnement difficiles pour la pompe 55, par 258 8 160 exemple des changements de pignons. En outre, le signal en prove- nance du débitmètre 59 traité simultanément par le processeur 73 règle le débit d'air dans le dispositif de commande de débit 67, assurant ainsi un gonflement constant. Ainsi, le dispositif de commande programmable 73 sert à commander la vitesse de la pompe 55 pour un débit souhaité et fait varier la vitesse en modifiant la fréquence dans le cas o l'alimentation par la ligne 56 n'est pas en accord avec le débit réglé. De même, la sortie du débitmêtre 59 peut varier et fournir un signal variable au processeur programmable 73 pour régler l'air passant dans le dispositif de commande de débit massique d'air 67. Ainsi, le système d'ensemble sert à assurer une commande précise et continue du gonflement à une valeur prédéterminée. Des varia- tions du fonctionnement de la pompe et/ou du mélange sont traitées automatiquement par le système, d'o il résulte un système particulièrement avantageux. Une caractéristique de l'invention est qu'elle permet des temps d'arrêt quand la sortie de l'échangeur de chaleur à action par la surface 11 n'est pas requise, par exemple dans le - cas d'un arrêt de la ligne d'emballage. Quand de telles conditions surviennent, un clapet antiretour 81 dans la ligne de sortie 85 en provenance de l'échangeur de chaleur à action par la surface 11 est fermé au moyen d'un solénoïde 83 commandé par le processeur 73. Quand le clapet antiretour est fermé, l'échangeur de chaleur à action par la surface étant placé en -état d'attente, la viscosité du mélange dans l'échangeur de chaleur 11 augmentera, provoquant ainsi une exigence d'alimentation accrue pour le moteur de mélangeur 31. Cette demande de puissance accrue est lue par un transducteur de puissance 87. Cette augmentation de demande de puissance est indiquée sous forme d'un signal vers le processeur 73 par une ligne 89. L'ordinateur 73 commande la pression dans la ligne d'aspiration 91 du moyen de réfrigération 35. Le processeur 73 commande alors le débit dans la ligne 90 au moyen d'une valve à electro- aimant 97. La ligne d'aspiration de réfrigérant 91 est reliée a une valve antiretour 95 qui est actionnée par le pro- cesseur 73 en réponse au signal en provenance du transducteur de 258 8 160 puissance 87. La valve antiretour 95 commande le débit en prove- nance de l'accumulateur par une ligne 96. Le débit dans la ligne de liquide régrigérant 90, qui alimente l'injecteur 39 est com- mandé par une valve à électro-aimant 97. La valve de commande de liquide 97 est également actionnée par le processeur 73. Lors de la programmation du processeur, la pression dans la conduite de gaz 15 de l'échangeur de chaleur à action par la surface est commandée de façon à réduire la refroidissement et permet en conséquence au mélangeur 20 de continuer à tourner pendant une période d'attente. L'avantage de ce système particulier est que l'échangeur de chaleur à action par la surface 11 peut continuer à fonctionner alors que le réglage de la sortie de l'échangeur de chaleur à action par la surface est en train d'être corrigé ou réglé. En même temps que le clapet antiretour 81 est fermé par le processeur 73, la pompe 55 est arrêtée par le processeur 73. Il faut noter que le transducteur de puissance 87 agit pendant un fonctionnement normal pour fournir une entrée au pro- cesseur 73 par suite de la détection de changements de viscosité dans le mélange contenu dans le tube 19. Ceci assure un contr8le et une homogénéité supplémentaires du gonflement. Le système selon l'invention comprend en outre un système à "gaz chaud" pour refondre le produit dans l'échangeur de chaleur à action par la surface 11. Ce système à gaz chaud est désigné de façon générale par la référence 99 et n'est pas inhabi- tuel dans la technique de sorte qu'il ne sera pas décrit plus en détail, bien que la figure représente de façon générale le fonc- tionnement du système à gaz chaud. Le gaz chaud est fourni par une ligne 101 au système à gaz chaud 99. En fonctionnement, le mélange est fourni dans le système par la ligne 53 et dans la pompe 55. La pompe est commandée par une alimentation à fréquence variable 57 et la sortie de la pompe passe par la ligne 56 vers le débitmètre magnétique 59. Le mélange, après avoir été détecté par le débitmètre magnétique 59, passe par la ligne 61 et dans le té 63 o de l'air est introduit à partir du moyen de commande de débit massique d'air 67. Le 8 8 160 mélange d'air et de mélange passent alors par l'entrée 21 de l'échangeur de chaleur à action par la surface 11 qui est refroidi et/ou glacé tandis qu'il est fouetté par le mélangeur 19. Le pro- duit ayant le gonflement souhaité quitte l'échangeur de chaleur à action par la surface 11 par la sortie 23 et passe par la ligne 85 par l'intermédiaire du clapet antiretour 81 vers une ligne d'emballage. Comme cela a été indiqué, le débitmètre 59 fournit un signal en proportion avec le débit du mélange qui y passe. Ce signal sert à fournir une entrée au processeur 73 qui fournit des signaux de sortie pour commander l'alimentation à fréquence variable 57 et pour commander le moyen de commande de débit massi- que d'air 67. Le processeur 73 comprend des points de réglage pour la sortie du système et assure un réglage variable du gonflement dans de larges gammes. Dans le cas o le clapet antiretour 81 est fermé en raison d'une coupure de la ligne de fabrication, la viscosité augmente dans l'échangeur de chaleur à action par la surface 11 provoquant une demande de puissance accrue vers le moteur 31 du mélangeur, par suite de quoi cette augmentation de puissance est détectée par le transducteur de puissance 87 qui le signale au processeur 73. Le moyen de réfrigération 35 pour l'échangeur de chaleur à action par la surface Il1 est commandé par le processeur 73 pour réduire la quantité de réfrigérant circulant vers le cylindre d'admission 17. Le processeur 73 amène également la pompe à s'arrêter. Ainsi, l'échangeur de chaleur à action par la sur- face 11 peut facilement être placé dans un état d'attente sans arrêt du système complet et perte subséquente de production. Le système d'ensemble selon l'invention assure des résultats et des avantages spécifiques sur tous les systèmes déjà connus pour fabriquer des comestibles glacés avec gonflement. Les principaux avantages ont été soulignés précédemment. REVENDICATIONS 1. Système de fabrication de comestibles glacés et ana- logues présentant un gonflement comprenant un échangeur de chaleur à action par la surface qui comprend un cylindre d'admission dans lequel est disposé un tube (19) muni d'un mélangeur (20), un moyen de réfrigération (35) connecté au cylindre d'admission, une entrée vers le tube, une sortie à partir du tube et un système air/- mélange, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe à déplacement positif (55) munie d'une entrée (53) pour un mélange, d'une ali- mentation variable (57) et d'une sortie (56), un débitmètre magnétique (59) pour recevoir le mélange en provenance de ladite sortie de pompe et fournir un signal (60) proportionnel au débit du mélange qui y passe, une conduite de mélange (61) connectée entre ce débitmètre et l'entrée (21) vers le tube, un moyen de commande de débit massique d'air (63, 67) connecté entre la con- duite de mélange et une source d'air sous pression (69), un pro- cesseur programmable (73) recevant le signal en provenance du débitmètre et commandant à la fois l'alimentation variable vers la pompe (55) et l'air sous pression par l'intermédiaire du moyen de commande de débit massique d'air. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe à déplacement positif (55) est une pompe à cames. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processeur programmable (73) établit le débit du mélange et le point de réglage de gonflement. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation variable (57) agit en réponse à une variation de fréquence. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal commande simultanément le débit de mélange et le moyen de commande de débit massique d'air. 6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moteur (31) relié au mélangeur (20) et 258 8 160 un transducteur de puissance (87) connecté au moteur qui transmet un signal audit processeur (73). 7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un clapet antiretour (81) à la sortie du cylindre, un moteur (31) relié au mélangeur, un transducteur de puissance (87) relié au moteur pour détecter les demandes de puissance du moteur et fournir un signal d'entrée au processeur, des moyens pour commander des moyens de réfrigération (35) connectés au processeur et des moyens dans le processeur pour arrêter la pompe. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une valve antiretour à la sortie du tube.