Brevet FR2686964A1 — publié le 19930806

APPAREIL DE REFROIDISSEMENT CRYOGENIQUE EN CONTINU DE PRODUITS PARTICULAIRES A CARACTERE PATEUX OU SOLIDE La présente invention est relative aux techniques de solidification, de refroidissement, de congélation, de surgélation ou encore de sous-refroidissement de produits en abaissant leur température par échange avec un moyen de prélèvement, dans le but de conférer aux produits ainsi traités des caractéristiques nouvelles qui peuvent être maintenues pendant des durées relativement longues en fonction des conditions de conservation. Parmi les applications préférées, L'objet de L'invention vise, plus spécialement, le domaine agroalimentaire et concerne, plus particulièrement encore, le domaine du refroidissement, de la congélation et de la surgélation de produits pour faciliter leur conditionnement ou stockage, ainsi que pour adapter leur condition de conservation. Le traitement de produits particulaires en vue d'assurer leur solidification, leur refroidissement, leur congélation ou leur surgélation, s'effectue, jusqu'à présent, soit au moyen d'installations de froid mécanique dans lesquelles un fluide frigorigène est soumis à des variations de phases par recyclage permanent, soit dans des installations de froid cryogénique faisant appel à des fluides cryogéniques perdus. L'opération de refroidissement proprement dit s'effectue soit dans des tunnels-lits fluidisés, soit dans des tunnels à immersion, soit dans des cylindres rotatifs inclinables par rapport à l'horizontal, soit encore dans des systèmes à vis d'Archimède. Les installations du type ci-dessus connaîssent un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels il convient de citer les suivants. Les systèmes du type à tunnel ou à cylindre, quel que soit le moyen de refroidissement utilisé, ne permettent pas une bonne maîtrise de L'avance du produit entre la section d'entrée et celle de sortie. Il a même pu être parfois constaté que 'dans certaines installations en pente descendante, des modifications des conditions d'alimentation et de transfert pouvaient être génératrices de remontée du produit à contre-pente. De telles installations sont connues pour ne pas offrir une avance régulière des produits qui ne subissent donc pas un traitement régulier Lorsque les produits n'ont pas un caractère strictement homogène. Par tailleurs, dans de telles installations, il est actuellement difficile, sinon impossible, d'évacuer le produit en cours de traitement lorsque l'installation doit être arrêtée temporairement pour une raison quelconque. Les systèmes de traitement du type à vis présentent L'inconvénient de provoquer, soit le coincement, soit L'écrasement du produit entre la vis et l'auge ou L'enveloppe qui la contient. Pour de nombreuses applications, un tel écrasement est rédhibitoire. Généralement, de telles installations font intervenir des vis de grande longueur qui, en raison de leur rigidité, requièrent des puissances d'entraînement en rotation élevées. Par ailleurs, dans l'un et/ou L'autre des systèmes décrits ci-dessus, il n'est pas envisageable de traiter des produits humides en surface et auxquels il convient de conserver le facteur de forme en évitant la prise en masse. L'objet de l'invention est de rémédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un nouvel appareil de refroidissement à fonctionnement en continu, faisant intervenir La technique du fluide cryogénique perdu et à même de traiter des produits à caractère particulaire, c'est-à-dire soit pulvérulents ou compacts, soit encore préformés, préconditionnés en grains, barrettes, plaquettes, billes, boules, boulets, etc, tous corps pouvant présenter un caractère pâteux ou solide. La présente invention a aussi pour objet un appareil de refroidissement dont la conception particulière permet de lui conférer un caractère auto-nettoyant quel que soit le produit à traiter. Une autre particularité de l'objet de l'invention est de pouvoir présenter des modalités de réglage et d'adaptation particulièrement aisées en fonction des caractéristiques des produits devant être traités. Un autre objet de l'invention est d'offrir une grande accessibilité à l'ensemble des organes constitutifs pour faciliter les opérations d'entretien, de réparation et d'inspection. Un autre objet de L'invention est de permettre la réalisation facile d'un appareil répondant aux normes et aux exigences imposées pour les matériels en relation directe avec des produits alimentaires. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, L'objet de L'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - au moins une brosse possédant une implantation hélicoidale de poils radiaux souples et définissant un corps de forme générale cylindrique, centré sur un arbre ou axe longitudinal lié à un organe d'entraînement en rotation, - un carter entourant ta brosse et délimitant au moins une demi-enveloppe cylindrique conjuguée à la brosse et dans laquelle cette dernière est centrée, - une section d'entrée et une section de sortie du produit à refroidir présentées par le carter, - et des moyens d'injection forcée dans ledit carter d'un fluide cryogénique soumis à détente dans le carter. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de L'objet de L'invention. La fig 1 est une coupe-élévation schématique d'un appareil selon l'invention. Les fig. 2 et 3 sont des coupes prises respectivement selon les lignes II-II et III-III de la fig 1. La fig. 4 est une coupe transversale montrant, à plus grande échelle, un détail de réalisation de l'un des éléments constitutifs de l'appareil. Les Fig. 5 et 6 sont deux coupes montrant deux variantes de réalisation de l'appareil. Selon les fig 1 à 3, l'appareil de refroidissement cryogénique en continu comprend un carter 1 formant une enveloppe fermée possédant une section d'entrée 2 destinée à être placée en relation avec un appareil 3 d'alimentation en continu de produits à traiter. L'appareil 3 peut être constitué par un tapis transporteur ou encore, par exempLe, par une vis de soutirage d'une trémie de stockage non représentée. Par produits particulaires, il convient de considérer tous produits n'ayant pas, à proprement parler, un caractère Liquide. Il peut donc s'agir de produits en poudre, de produits en grains ou de produits en masse pâteuse ou encore de produits ayant subi une phase préalable d'agglomération partielle pour se présenter sous une forme particulaire préconditionnée, telle que des billes, des dragées, des boules, des boulets, des plaquettes, des boulettes, etc, cette énumération n'ayant aucun caractère limitatif. De même, le produit à traiter peut être considéré comme présentant un caractère sec, pâteux, plus ou moins fluide ou encore partiellement humide en possédant, par exemple, un film liquide de surface, par exemple maintenu par adsorption. Le carter 1 comporte une section de sortie 4 à travers laquelle le produit traité est évacué vers un poste non apparent de reprise à toutes fins utiles. Les sections d'entrée 2 et de sortie 4 sont, de préférence, formées au niveau des deux extrémités opposées du carter 1 qui peut être réalisé en tous matériaux appropriés. Le carter 1 contient un corps mobile 5 à caractère tournant comprenant un axe ou un arbre 6 qui est monté dans des paliers 7 du carter 1. Le corps tournant 5 est constitué par une brosse possédant une implantation hélicoidale 8 de poils de direction radiale, à caractère souple ou flexible. De préférence, le corps 5 est constitué, comme cela est illustré aux fig 2 et 3, par deux brosses 51 et 52 dont les arbres 61 et 62 sont entraînés en rotation de même sens ou de sens différent et à des vitesses égales ou différentes par au moins un organe moteur 9 via un système de transmission 10. Dans tous les cas, le carter 1 présente une forme telle qu'il définit intérieurement une enveloppe conjuguée au moins pour une demi-partie à la forme du corps 5 qui représente, dans le cas d'une brosse, un corps cylindrique continu de diamètre constant. En règle générale, le carter 1 définit une enveloppe conjuguée au corps 5, de telle sorte que les poils de l'implantation hélicoidale 8 se trouvent astreints à frotter contre la paroi périphérique de l'enveloppe qui se développe autour d'eux par la présence du carter 1, en étant soumis, par ailleurs, à une certaine flexion élastique. La fig 3 montre un exemple particulier de conformation du carter 1 offrant par son enveloppe intérieure une forme conjuguée aux deux corps cylindriques juxtaposés, constitués par les brosses 51 et 52 qui s'étendent parallèlement l'une à L'autre. A titre d'exemple, pour le traitement de produits alimentaires, l'implantation hélicoidale 8 peut être constituée de poils, tiges, segments, fils à base de polyamide et de diamètre sensiblement égal à 1 mm. L'appareil selon l'invention est complété par des moyens il d'injection forcée d'un fluide cryogénique à l'intérieur du carter 1. De tels moyens 11 comprennent, par exemple, au moins une rampe 12 collectrice possédant des buses 13 s'ouvrant au moins au droit de la section d'entrée 2 et, de préférence, aussi de façon répartie sur la longueur utile des brosses 51 et 52 Le fluide cryogénique utilisé est, de préférence, du dioxyde de carbone quiet transporté de façon liquide jusqu'au point d'injection ou il est transformé, par détente au moyen d'un gicleur approprié, non représenté aux dessins, en une phase gazeuse et en une phase solide pour autant que la pression à la sortie du gicleur se trouve égale ou inférieure à 5 Bar absolu. Les conditions de mise en service de l'appareil ci-dessus, par exemple pour le traitement de surgélation de petits pois, consistent à faire tourner les brosses 51 et 52 respectivement dans le sens des flèches f1 et f2, de manière à provoquer, à partir de la section d'entrée 2, d'une part, une prise en charge du produit fourni par l'appareil 3 et, d'autre part, un acheminement de ce produit dans le sens de la flèche f3 à l'intérieur du carter 1.Le produit entraîné par la rotation des brosses 51 et 52 est soumis à un brassage énergique en présence du fluide cryogénique qui en assure, en fonction de la vitesse de rotation et du pas hélicoïdal des brosses 51 et 52 le refroidissement, la congélation, la surgélation ou le sous-refroidissement, de manière à lui conférer un caractère compact et durci qu'il possède à la sortie de la section 4 où il est pris en charge par tous moyens appropriés en vue d'en assurer l'utilisation ou le conditionnement ultérieur. La vitesse de rotation des brosses hélicoidales 51 et est réglable entre 3 et 300 tours/minute pour assurer un mouvement rapide du produit, de manière que toute la surface de ce dernier soit amenée au contact du fluide cryogénique pour éviter l'apparition de contraintes de surface qui pourraient être occasionnées par les différences de température trop importantes entre diverses zones différemment exposées. Le temps de passage peut être compris entre 1 et 300 secondes et, plus spécialement, se développe pendant 5 à 90 secondes, selon la nature des produits, leur forme et le traitement qu'il convient de leur appliquer. A titre d'exemple, il peut être considéré que les brosses Si et 52 peuvent présenter des diamètres s'échelonnant entre 5 cm et 50 cm et que le pas hélicoidal de l'enroulement 8 de poils pris à la périphérie des brosses peut, par exemple, être voision ou égal, ou de l'ordre de grandeur du diamètre. Dans un même appareil, les deux brosses 51 et 52 peuvent avoir des diamètres égaux ou différents et posséder, également, des implantations hélicoidales de poils radiaux présentant des pas hélicoidaux différents, orientés dans les mêmes sens ou dans des sens d'enroulement opposés. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, le produit à traiter est introduit à une extrémité du carter 1 et récupéré à l'autre en ayant subi entre temps, sous l'action du fluide cryogénique, mono ou polyphasique, un refroidissement homogène, compte tenu du brassage hélicoidal que ledit produit subit par la rotation des brosses 51 et 52 La présence des implantations hélicoadales, à base de poils flexibles ou analogues, permet d'assurer un contact minimal avec le produit et de réaliser un brassage individuel efficace des particules, évitant une agglomération des particules en présence. La rotation des brosses permet aussi d'éviter le collage des particules de produit contre les parois du carter. Le produit est ainsi préservé dans sa forme, ce qui évite tout risque de dénaturation des particules. La présence des poils flexibles permet de favoriser le décollage et l'expulsion des produits qui pourraient avoir tendance à s' attacher ou à s'agglomérer sur le carter, mais aussi entre les poils constitutifs des brosses. De la sorte, un autonettoyage est entretenu. IL peut être avantageux, comme cela est illustré par La fig. 4, de conformer le carter 1, au moins localement, par une paroi 15 comportant des perforations 16 se développant en regard d'une double paroi 17 de récupération. Ainsi, dans le cas où le produit à traiter comporte en surface un film liquide adsorbé, le refroidissement, voire la congélation de ce dernier, peut produire des granules de liquide solidifié qui sont éliminés par les perforations 16 et par l'effet de ressort exercé par les poils flexibles. La fig 5 montre une variante de réalisation dans laquelle l'appareil comporte un corps tournant 5 qui est constitué par un nombre de brosses supérieur à deux. Les brosses peuvent tourner dans le même sens ou dans des sens contraires et présenter des formes et des enroulements 8 identiques ou différents. Dans le cas représenté, le corps 5 comprend quatre brosses 51 52 53 54 et le carter 1 est réalisé de manière que l'enveloppe qu'il définit puisse être considérée comme globalement conjuguée à la forme du corps 5 que forment les quatre brosses disposées parallèlement les unes aux autres. Dans une telle réalisation, les quatre brosses peuvent être entraînées positivement en rotation de même sens ou de sens contraire et certaines d'entre elles peuvent aussi être considérées comme passives, c'est-à-dire non entraînées positivement en rotation. Dans ce qui précéde, il a été représenté un exemple d'implantation d'un appareil selon une disposition horizontale, tel qu'illustré par la fig. 2. Il peut être envisagé de réaliser l'appareil pour lui conférer une disposition verticale, comme illustré par la fig 3. Une orientation intermédiaire peut aussi être retenue. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Appareil de refroidissement cryogénique en continu de produits particulaires à caractère pâteux ou solide, caractérisé en ce qu'il comprend - au moins une brosse (5) possédant une implantation hélicoidale (8) de poils radiaux souples et définissant un corps de forme générale cylindrique centré sur un arbre ou axe longitudinal (6) lié à un organe d'entraînement en rotation (9-10), - un carter (1) entourant la brosse et délimitant au moins une demi-enveloppe cylindrique conjuguée à la brosse et dans Laquelle cette dernière est centrée, - une section d'entrée (2) et une section de sortie (4) du produit à refroidir présentées par le carter, - et des moyens (11) d'injection forcée dans ledit carter d'un fluide cryogénique soumis à détente dans le carter. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux brosses (5) s'étendant parallèlement l'une à l'autre dans le même carter dont au moins une demi-enveloppe est conjuguée à la forme des brosses. 3 - Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les brosses présentent un pas d'hélice de l'ordre de leur diamètre. 4 - Appareil selon L'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les brosses présentent des diamètres différents. 5 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les brosses possèdent une implantation hélicoidale des poils de pas différents. 6 - Appareil selon L'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les brosses possèdent une implantation hélicoidale de poils de sens d'enroulement différents. 7 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (11) d'injection du fluide cryogénique comprennent au moins une buse (13) å proximité de la section d'entrée du carter. 8 - Appareil selon la revendication 1 ou 7, caractérisé en ce que les moyens (11) d'injection comprennent une rampe (12) possédant des buses d'injection (13) réparties sur au moins une partie de la longueur du carter. 9 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter définit au moins une demi-enveloppe (15) présentant au moins localement des perforations (16).