Brevet FR2625871A1 — publié le 19890721

La présente invention concerne un procédé de stockage et de conservation du lait dans un système de refroidissement à compression de vapeur et d détente directe comprenant une cuve dans le fond de laquelle est monté un évaporateur relié a un groupe frigorifique à compresseur, condenseur et détendeur dans lequel circule un fluide réfrigérant, du type consistant a abaisser et à maintenir å une température de l'ordre de 4 C le lait stocké dans la cuve après chaque traite, ainsi qu'une installation de mise en .oeuvre du procédé. Dans l'industrie laitière, il est courant de recourir à des systèmes de refroidissement directement implantés dans les exploitations laitières pour stocker et conserver le lait après chaque traite et entre deux collectes effectuées par une coopérative laitière par exemple. Un système de refroidissement classique, par exemple du type a compression de vapeur et à détente directe, comprend une cuve de stockage dans laquelle est logé un évaporateur relié a un groupe frigorifique monté à l'extérieur de la cuve comprenant un compresseur, un condenseur et un détendeur dans lequel circule un fluide réfrigérant qui, au cours d'un cycle å compression de vapeur, se vaporise dans 1b évaporateur en enlevant une certaine quantité de chaleur au milieu extérieur en l'occurrence le lait pour abaisser sa température à une valeur prédéterminée de l'ordre de 4-C et le maintenir à cette température. L'expérience montre que tous les systèmes de refroidissement à compression de vapeur et à détente directe connus à ce jour utilises pour le stockage du lait présentent tous des inconvénients dans le cas où la cuve n'est que très partiellement remplie ou plus précisément lorsque la quantité de lait stockée n'est pas suffisante pour recouvrir en totalité l'évaporateur, c'est-à-dire, d'une manière générale, lorsque le taux de remplissage de la cuve est inférieur à 10%. En effet, lorsque l'évaporateur n'est que partiellement recouvert par la quantité de lait stockée dans la cuve, l'évaporateur n'est pas utilisé à plein régime et le détendeur du groupe frigorifique se ferme par suite de la présence d'une quantité de fluide réfrigérant non vaporisé en sortie de l'évaporateur.Dès lors, il y a abaissement progressif de la pression et de la température d'évaporation du liquide réfrigérant entraînant une augmentation de la différence de température entre ce dernier et le lait, et formation d'une pellicule de lait gelé sur la paroi de l'évaporateur en contact direct avec le lait. Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients qui apparaissent d chaque fois qu'une cuve, initialement vide, reçoit une quantité de lait issue d'une première traite et qui est insuffisante pour recouvrir en totalité l'évaporateur logé dans le fond de la cuve. A cet effet, l'invention propose un procédé de stockage et de conservation du lait dans un système de refroidissement å compression de vapeur et a détente directe qui se caractérise en ce qu'il consiste, lorsque la quantité de lait stockée est insuffisante pour recouvrir entièrement l'évaporateur, ce qui entrai ne un abaissement progressif de la pression et de la température de vaporisation du fluide réfrigérant dans l'évaporateur et le gel du lait au contact de l'évaporateur, a réchauffer le fluide réfrigérant à l'entrée de l'évaporateur dés que sa pression ou sa température tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste & réchauffer le fluide réfrigérant en le mélangeant à des gaz chauds prélevés du- compresseur du groupe frigorifique, lorsque la pression d'évaporation du fluide devient inférieure a une pression de l'ordre de 3,5 bars par exemple, notamment pour un fluide réfrigérant de type 22. Selon 'une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste à réchauffer le fluide réfrigérant en le me langeant à des gaz chauds prélevés du compresseur du groupe frigorifique, lorsque la température d'évaporation du fluide devient inférieure & une température de l'ordre de -7'C par exemple. L'invention a également pour objet un système de stockage et de conservation du lait dans un système de refroidissement a compression de vapeur et å détente directe pour la mise en oeuvre du procédé, du type comprenant une cuve dans le fond de laquelle est monté un évaporateur relié a un groupe frigorifique h compresseur, condenseur et détendeur dans lequel circule un fluide réfrigérant, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif régulateur formant vanne monté en dérivation entre la sortie du compresseur et l'entrée de l'évaporateur, et dont le degré d'ouverture est commandé par la pression ou la température régnant dans la portion de tuyauterie basse pression pour acheminer des gaz chauds du compresseur dans le fluide réfrigérant dès que sa pression ou sa température tombe en dessous d'une valeur prédéterminée. Selon une autre caractéristique du système pour la mise en oeuvre du procédé conforme a l'invention, les gaz chauds prélevés du compresseur sont mélangés au moyen d'un mélangeur liquide-gaz. Ainsi, grâce aux différentes caractéristiques de l'invention, il est possible d'éviter le gel du lait d l'intérieur d'une cuve de stockage et de lui permettre de conserver toutes ses propriétés. D'autres avantages, caractéristiques et détails ressortiront de la description explicative qui va suivre faite en référence s la figure annexee donnée uniquement å titre d'exemple et qui est une vue schématique d'un système de refroidissement pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Le système de refroidissement tel que schématiquement représenté à la figure est destiné à stocker et à conserver du lait après chaque traite et entre deux collectes effectuées par un organisme central Dans l'exemple considéré ici, le système de refroidissement est à détente directe et à cycle a compression de vapeur. Ce système de ' refroidissement comprend une cuve 1 au fond de laquelle est logé un évaporateur 2, et un groupe frigorifique 3. La cuve est en acier inoxydable et de forme quelconque, son volume variant d'une exploitation laitière à l'autre en fonction de l'importance de l'exploitation et de la fréquence des collectes du lait. Le groupe frigorifique 3 comprend, d'une façon connue en soi, un compresseur 4, un condenseur 5 et un détendeur 6 dans lequel circule un fluide réfrigérant ou frigorigène. Plus précisément, la sortie du compresseur 4 est reliée à l'entrée du condenseur 5 dont la sortie est reliée a l'entrée de l'évaporateur 2 au travers du détendeur 6, la sortie de l'évaporateur 2 étant reliée à l'entrée du compresseur 4. Le détendeur 6, par exemple du type thermostatique est commandé par un bulbe 7 monté entre 1'évaporateur 2 et le compresseur 4, cette commande est indiquée par la liaison 7a. Entre le compresseur 4 et le condenseur 5, peut être monté un récupérateur de chaleur 8, et le condenseur 5 peut etre refroidi au moyen d'un ventilateur 9 par exemple. Un fluide réfrigérant, tel que par exemple du R22 ae formule chimique CHC1F2, circule dans un ' sens prédéterminé : compresseur 4, condenseur 5, détendeur 6, évaporateur 2 et compresseur 4 formant un circuit fermé constitué par une tuyauterie 10 (circuit basse pression comprenant l'évaporateur 2) entre le détendeur 6 et le compresseur 4 et par une tuyauterie 11 (circuit haute pression comprenant le condenseur 5) entre le compresseur 4 et le détendeur 6. L'évaporateur 2 est par exemple du type "dimple plate ou à double fond imprimé" formé de deux plaques de tôle en acier inoxydable délimitant une cavité en communication avec la tuyauterie 10 en amont et en aval de l'évaporateur 2. Conformément a l'invention, le système de refroidissement précédemment décrit est complété par un dispositif de régulation ou de réduction de capacité 15. Le disposiif de régulation 15 est monté sur une tuyauterie 12 en dérivation entre la tuyauterie 11 du circuit haute pression en sortie du compresseur 4 et la tuyauterie 10 du circuit basse pression en sortie du détendeur 6. Le dispositif de régulation 15 est essentiellement constitué par une vanne logée dans la tuyauterie 12 et dont le degré d'ouverture est commandé en fonction de la pression qui règne à la sortie de l'évaporateur 2 en amont du compresseur 4, cette commande est indiquée par la liaison 13. La sortie du dispositif de régulation 15 est reliée, par la tuyauterie 12, a un mélangeur 16 monte dans la tuyauterie 10 du circuit basse pression en sortie du détendeur 6 pour mélanger des gaz chauds, prélevés en sortie du compresseur 4, au fluide réfrigérant avant son entrée dans l'evaporateur 2. En fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque le liquide réfrigérant est en quantité suffisante dans la cuve 1 pour recouvrir entièrement l'évaporateur 2, le liquide réfrigérant, au cours de chaque cycle thermodynamique, prélève une quantité de chaleur au lait entré dans la cuve à environ 35-C pour le refroidir et le maintenir à une température de l'ordre de 4 C. Plus précisément, au cours de chaque cycle, le fluide réfrigérant sous forme liquide pénètre dans l'évaporateur 2, se vaporise au contact du lait à une pression d'environ 3,5 bars en prélevant une quantité de chaleur au lait. Les vapeurs du fluide réfrigérant sont aspirées par le compresseur 4 et refoulées à une pression plus élevée de l'ordre de 14 bars dans le condenseur 5 ou le fluide réfrigérant se liquéfie en évacuant sa chaleur au milieu extérieur.Le fluide réfrigérant à l'état liquide en sortie du condenseur 5 pénètre ensuite dans le détendeur 6 où sa pression est ramenée à 3,5 bars environ. Un nouveau cycle recommence, et la température du lait est progressivement abaissée Jusqu'à une température de l'ordre de 4 C. Le compresseur 4 est alors automatiquement arrêt et ne se remettra en route soit après une nouvelle introduction de lait dans la cuve 1, soit au cours d'un cycle de maintien de la température à 4'C provoqué par une augmentation de la température du lait. En fonctionnement normal tel que succintement décrit cidessus, le dispositif de régulation 15 est fermé et n'exerce aucune action. Supposons maintenant que la cuve 1 est initialement vide et que l'on y introduit une quantité de lait provenant d'une première traite par exemple, notamment en période de faible lactation, et qui soit insuffisante pour recouvrir la totalité de l'évaporateur D'une manière générale, cette situation dite critique correspond à un taux de remplissage de la cuve inférieur à 10'L. Dans ces conditions, le cycle thermodynamique subi par le fluide réfrigérant va se modifier progressivement, notamment à partir du moment où la température du lait aura été refroidie et ramenée à une température voisine de 4-C. En effet, l'évaporateur 2 n'utilise plus toute la puissance frigorifique fournie par le groupe 3 et le détendeur 6 se ferme progressivement par suite d'un abaissement de la température en sortie de l'évaporateur 2 du fait de la présence d'une quantité de fluide réfrigérant non vaporisé. La fermeture du détendeur 6 entraine une limitation du débit du fluide réfrigérant à l'entrée de l'évaporateur 2 et provoque un abaissement de la pression d'évaporation et, de manière concomittente, un abaissement de la température du fluide réfrigérant dans l'évaporateur 2. Il en résulte une augmentation progressive de la différence de température entre le lait et l'évaporateur qui provoque la formation d'une pellicule de lait gelé sur l'évaporateur 2.Cette pellicule de lait gelé entrave le bon fonctionnement de l'évaporateur en entraînant encore une diminution de la température d'évaporation entraînant le gel progressif du lait. La fonction du dispositif de régulation 15 est d'empêcher tout gel du lait en apportant une cbarge thermique supplémentaire à l'évaporateur 2 sous forme de gaz chauds prélevés en sortie du compresseur 4. Le dispositif de régulation 15, piloté par la pression qui règne en sortie de l'évaporateur 2, s'ouvre progressivement et provoque l'entrée de gaz chauds du compresseur 4 dans le mélangeur 16 pour réchauffer le liquide réfrigérant, dés que la pression d'évaporation tombe en dessous d'une valeur prédéterminée par exemple 3,5 bars. Cet apport de charge thermique supplémentaire à l'évaporateur 2 provoque une remontée de la température d'évaporation entrainant une réaction du bulbe thermostatique 7 et l'ouverture progressive du détendeur 6. Ensuite, le fluide réfrigérant subit à nouveau un cycle thermodynamique normal. Il est à noter que l'injection de gaz chauds se fait dans un melangeur liquide-gaz entre le détendeur 6 et l'entrée de l'évaporateur 2. Il n'y a donc pas perturbation du fonctionnement du détendeur, les gaz chauds étant mélangés intimement au fluide réfrigérant vaporisé avant et dans l'évaporateur 2, ce qui fait que les gaz aspirés par , le compresseur 4 en sortie de l'évaporateur 2 restent bien froids. La température du compresseur 4 reste normale et il n'y a pas de risque de chauffe par manque de refroidissement du moteur. En outre, par ce système de réduction de capacité, il y a une augmentation de la vitesse du liquide réfrigérant dans l'évaporateur 2, le retour de l'huile vers le compresseur 4 est donc facilité. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation donné à titre d'exemple, mais comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, dès l'instant où ces moyens mettent en oeuvre le procédé conforme s l'invention. En particulier, l'évaporateur monté dans la cuve peut être un évaporateur connu de type quelconque, notamment un évaporateur constitué par un serpentin en cuivre. En outre, le système décrit de mise en oeuvre du procédé notamment le dispositif de régulation ou de réduction de capacité commandé par pression, peut en variante être commandé en température à l'aide d'une sonde thermostatique. Enfin, le fluide réfrigérant utilisé peut être quelconque. REVENDICATIONS 1.- Procede de stockage et de conservation du lait dans un système de refroidissement à compression de vapeur et à détente directe comprenant une cuve dans le fond de laquelle est monté un évaporateur relié à un groupe frigorifique à compresseur, condenseur et détendeur dans lequel circule un fluide réfrigérant, du type consistant à abaisser et à maintenir à une température prédéterminée, par exemple de l'ordre de 4 C le lait stocké dans la cuve après chaque traite, caractérisé en ce qu'il consiste, lorsque la quantité de lait stockée est insuffisante pour recouvrir entièrement l'évaporateur (2 > , ce qui entrain un abaissement progressif de la pression et de la température de vaporisation du fluide réfrigérant dans l'évaporateur (2 et le gel du lait au contact de l'évaporateur (2), à réchauffer le fluide réfrigérant à l'entrée de l'évaporateur d'une valeur prédéterminée. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réchauffer le fluide réfrigérant en le mélangeant à des gaz chauds prélevés en sortie du compresseur 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pression limite est de l'ordre de 3,5 bars pour un fluide réfrigérant de type 22. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réchauffer le fluide réfrigérant en le mélangeant à des gaz chauds prélevés du compresseur 4, lorsque la température d'évaporation du fluide réfrigérant devient inférieure à une température de l'ordre de -7-C environ. 5.- Système de stockage et de conservation du lait dans un système de refroidissement à compression de vapeur et à détente directe comprenant une cuve dans le fond de laquelle est monté un évaporateur relié a un groupe frigorifique à compresseur, condenseur et détendeur dans lequel circule un fluide réfrigérant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de régulation (15 > formant vanne monté. en dérivation entre le compresseur , et dont le degré d'ouverture est commandé par la température ou la pression régnant dans la portion de tuyauterie basse pression pour acheminer des gaz chauds du compresseur (4) dans le fluide réfrigérant dès que sa pression ou sa température dans l'évaporateur 6.- Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de régulation s'ouvre progressivement lorsque la pression en sortie de l'évaporateur 7.- Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de régulation (15) s'ouvre progressivement lorsque la température en sortie de l'évaporateur 8- Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le dispositif de régulation (15) est relié à un mélangeur liquide-gaz (2 >