Brevet FR2758619A1 — publié le 19980724

NOUVELLE INSTALLATION DE REFRIGERATION POUR PRODUITS ALIMENTAIRES La présente invention se rapporte au domaine des installations de réfrigération, et plus particulièrement de la réfrigération des produits alimentaires. Elle a plus particulièrement pour objet une installation qui permet d'assurer le refroidissement et la surgélation de produits alimentaires. Elle a spécifiquement pour objet une installation mixte comportant à la fois des injecteurs de gaz liquéfiés et des évaporateurs assurant le refroidissement de l'air au travers de ceux-ci, dans une enceinte close dont les dimensions sont modulables pour s'adapter à tout type de chargement. La restauration collective dans les établissements scolaires, hospitaliers, dans les maisons de retraite connaît une importance croissante, à la fois pour des raisons économiques, pour des raisons liées à la santé des consommateurs et leurs besoins propres en diététique. C'est pourquoi on construit de plus en plus, ou on aménage des cuisines collectives pour assurer les besoins alimentaires de toutes les collectivités. Néanmoins, cette extension du besoin de cuisines collectives ne va pas sans poser des problèmes d'hygiène rigoureuse pour éviter des contaminations bactériennes et empêcher les intoxications collectives par Staphylocoques ou par Salmonella, facilement présents dans ou sur les aliments. Une des mesures les plus efficaces pour empêcher les contaminations ou les souillures consiste à placer les aliments, avant ou après cuisson, dans une enceinte isolée que l'on refroidit, où ils seront à l'abri d'un développement microbien. Cependant, cette mesure n'est efficace que si la préparation est amenée à une température basse d'une manière homogène et non pas simplement en surface. On se heurte ainsi au problème difficile d'abaisser à coeur la température des produits alimentaires, en particulier préalablement à leur préparation. La réglementation impose que les produits alimentaires cuits aient leur température à coeur abaissée de 80"C environ à l'issue de la cuisson à 3"C à 10 C à coeur en moins de deux heures pour les produits dits frais, ou à - 20 à - 40"C pour les produits surgelés. II est donc nécessaire de pourvoir d'un tel type de matériel, les laboratoires ou les cuisines chargées de préparations alimentaires, comme les cuisines centrales hospitalières, municipales, scolaires ou d'entreprises... II faut aussi que cette installation soit d'une capacité suffisante, adaptée aux besoins de la restauration collective. C'est ainsi que dans une cuisine de collectivité les besoins en produits alimentaires pour un seul repas peuvent s'échelonner de 200 à 5 000 kg. Depuis l'extension de la restauration collective, c'est-à-dire depuis 20 ans environ, on utilise dans les ateliers de préparation des produits alimentaires et dans les cuisines centrales importantes, où de 1 000 à 20 000 repas par jour sont préparés, des blocs ou cellules de refroidissement où les aliments cuits ou crus peuvent être conservés au froid. Deux techniques de refroidissement sont utilisées selon le mode de production de froid employé: - soit par des compresseurs et des évaporateurs réalisant ainsi des réfrigérateurs de grand volume. Cette technique est appelée froid mécanique . C'est la technique classique ; elle est peu coûteuse en énergie, mais elle est limitée dans ses performances; - soit par injection d'un fluide cryogénique dont la vaporisation ou la sublimation dégage un grand nombre de frigories (C02 ou azote par exemple) ; c'est le froid cryogénique. Cette technique très puissante et sans limite assure plus facilement le refroidissement à coeur, mais elle a tendance à former une couche de glace isolante à la surface des aliments, nuisant au transfert de frigories. La présente invention a pour but d'améliorer les techniques existantes et surtout de remédier aux inconvénients qu'elles comportent. L'installation objet de la présente invention est mixte, c'est-à-dire que le froid est produit dans l'enceinte à la fois par injection d'un liquide cryogénique comme le CO2, et par le refroidissement de l'air en circulation dans l'enceinte au travers d'un évaporateur. L'intérêt de cette combinaison est de pouvoir utiliser les qualités du froid cryogénique, qui manifeste une puissance instantanée, et le caractère plus économique du froid mécanique, sensiblement moins coûteux. Cette combinaison de moyens est particulièrement utile car le refroidissement d'un produit, et notamment d'un produit alimentaire très riche en eau, demande une grande puissance au départ, pour refroidir la surface du produit, et une puissance plus faible mais prolongée pour que le froid puisse se déplacer de l'extérieur vers l'intérieur du produit alimentaire. Jusqu'à présent, on considérait comme impossible de faire coexister ces deux techniques, en particulier parce que l'on constatait que la neige carbonique produite par l'injection d'un gaz cryogénique venait à obstruer l'évaporateur, et interdisait ainsi tout échange de chaleur en réduisant les possibilités de circulation de l'air. L'installation selon l'invention se caractérise donc par la combinaison, dans une enceinte close constituant une cellule, d'un évaporateur disposé au-dessus des produits à refroidir et permettant l'évacuation de l'eau, et d'injecteurs à gaz cryogénique fonctionnant à l'aide d'électrovannes disposées soit dans le sens du courant d'air, soit orientées dans le sens inverse du courant d'air, ladite enceinte comportant en outre un dispositif d'accès permettant l'introduction des produits alimentaires. Selon l'invention, I'évaporateur a des dimensions particulières, notamment au niveau de l'écartement des ailettes pour éviter le dépôt ou la formation d'amas de neige sur celles-ci en bloquant tout phénomène d'échange. De plus, I'évaporateur va condenser et cristalliser l'eau d'humidité et la vapeur d'eau ambiante. On pourra récupérer les condensats produits et les évacuer de la cellule par gravité. Ainsi, on évitera un trop fort taux d'humidité dans l'installation et, par conséquent, on réduira le risque de multiplications microbiennes. Selon l'invention, le fluide cryogénique est vaporisé à la sortie des électrovannes et se sublime. II amène la production d'une surpression à l'intérieur de l'installation et, de ce fait, les vapeurs froides de fluide cryogénique se dissipent entre les produits à refroidir d'une manière plus efficace que ne le feraient des ventilateurs classiques. Cette combinaison et cette disposition des deux systèmes de réfrigération conduisent à un meilleur résultat de réfrigération. L'installation comporte également un ou plusieurs ventilateurs logés au fond de la cellule, dont l'axe est perpendiculaire à ceiui du flux d'air de l'évaporateur. Lorsqu'il y a plusieurs ventilateurs, ils sont disposés au même niveau ou à peu près au même niveau que la partie basse de l'évaporateur. On peut également disposer des ventilateurs en partie haute de l'installation. Les ventilateurs sont équipés de pales permettant de régler le sens de la soufflerie et en particulier d'inverser le sens du soufflage si cela est nécessaire pour une meilleure homogénéité de l'échange thermique. Selon un mode d'exécution particulier de l'invention, le sens principal de la ventilation est de l'arrière vers l'avant de l'installation. Cependant, il est possible d'inverser le flux, en particulier au cours de la phase de réfrigération cryogénique, de manière à augmenter ou à parfaire l'homogénéité du traitement par le froid. Les ventilateurs sont réalisés en matériau inaltérable et de préférence en acier inoxydable. Ils sont pourvus d'ailettes fixées sous les ventilateurs pour canaliser le flux d'air froid et mieux le répartir. De cette façon, on obtient une optimisation des performances du flux d'air froid, et ainsi on assure un refroidissement dans des conditions nettement améliorées (emplacement des ventilateurs, orientation des ventilateurs et des ailettes, double sens de marche de la ventilation...). Un autre élément caractéristique de l'invention est le fait de disposer à l'intérieur de l'installation, et notamment autour de l'évaporateur, des cloisons de forme arrondie ou de forme biseautée sur le fond, sur les côtés de l'installation et sur la voûte supérieure. On obtient ainsi une plus grande homogénéité du traitement en conduisant de cette façon le flux de refroidissement. L'invention se rapporte également à l'assemblage de l'installation formée d'une cellule en plusieurs éléments que l'on assemble sur place. D'une manière préférée, la cellule est formée de quatre éléments que l'on assemble par boulonnage ou par collage. On peut ainsi réaliser la séparation des différentes zones de travail, la zone technique, comportant I 'évaporateur, les ventilateurs et les injecteurs, est disposée dans la partie supérieure, et la zone de refroidissement est située dans la partie basse ou chambre dans laquelle on introduit les produits à refroidir, par exemple montés sur un chariot ou sur une palette. Les faces intérieures latérales de la cellule sont réalisées dans un matériau lisse, ce qui permet un entretien et un nettoyage parfait. L'eau dégagée est piégée à la partie haute de l'installation. Ainsi, après réfrigération des produits, on peut considérer que la cellule ne comporte plus d'humidité. On dit qu'elle est sèche après le cycle de refroidissement. On peut en outre moduler les dimensions de l'installation pour varier les capacités de traitement. II est possible de limiter le volume traité en réduisant le circuit de ventilation en mettant en place des volets ou des déflecteurs qui arrêtent ou dévient la ventilation au niveau souhaité. Selon un autre mode d'exécution de l'invention, I'installation comporte un dispositif de pilotage à l'intérieur de la cellule qui permet de contrôler les différents paramètres de fonctionnement. Ceci se réalise notamment par la mise en place d'un automate, qui procure des possibilités de réglage sans limite, et en particulier du temps, des températures en différents points, des temporisations, des durées et même de la détection de pannes, et par l'installation d'un dispositif d'affichage permettant d'établir une connexion entre la machine et l'utilisateur. Le dispositif d'affichage répond aux interrogations de l'utilisateur en utilisant un pavé numérique. Le dispositif d'affichage fonctionne de telle sorte qu'il renseigne en permanence l'utilisateur sur toutes les caractéristiques du produit en cours de traitement et sur le décompte du temps, notamment sur le temps de refroidissement encore nécessaire. II est ainsi possible à l'utilisateur de planifier les différentes opérations qu'il a à effectuer en organisant le travail en amont de l'installation dont le rythme est fonction de la disponibilité de la cellule. II va de soi que le réglage ou le contrôle des différents paramètres au cours de la réfrigération sera fait en fonction de la nature des produits, de leur taux d'hydratation, de leurs emballages ou conditionnements et du taux de chargement de l'installation. En conséquence, on obtient une sécurité et une qualité du traitement, des économies d'énergie et une optimisation dans l'organisation des différentes opérations. En outre, I'installation selon l'invention est équipée de dispositifs de détection ou de mesure de la température, comme par exemple une ou des sonde(s) thermique(s) qui est (sont) connectée(s) à un dispositif d'enregistrement. De cette façon, les paramètres du traitement et les résultats obtenus, ou éventuellement les modifications qu'il est nécessaire d'apporter en cours de fonctionnement, seront inscrits. On peut ainsi contrôler en permanence le déroulement des opérations et vérifier le résultat des cycles successifs. En fin d'opération, il est possible d'éditer une liste d'informations et de saisir celles-ci dans un ordinateur. L'installation est équipée éventuellement d'un ordinateur qui calcule la durée du traitement ainsi que le temps encore nécessaire à la réfrigération, en mesurant simplement la température à coeur du produit à traiter avant l'introduction dans l'appareil ou pendant ce traitement. En fonction de la température initiale ou de la température intermédiaire, il sera possible de déterminer la durée de traitement à prévoir, et l'ordinateur calculera le temps requis. On sait que certaines températures sont dangereuses pour les produits alimentaires, notamment pour les produits cuisinés où les températures dangereuses sont comprises entre 20 et 40"C, étant les plus favorables aux proliférations microbiennes. En fonction de ces paramètres de température, les dispositifs de régulation interviendront pour accélérer le temps de réfrigération si le besoin s'en fait sentir. L'élément important reste la détermination de la température par la sonde. Une façon de réguler la réfrigération rapide et efficace sera la commande par l'automate d'une accélération en augmentant la fréquence des injections de fluide cryogénique. On peut donc estimer que la combinaison selon l'invention d'un fluide cryogénique, du froid mécanique, d'un automate de régulation et d'un dispositif d'affichage connecté à un ordinateur apporte une souplesse d'utilisation et une sécurité d'emploi remarquables. II est évident qu'il est possible d'assurer le contrôle ou la régulation de l'installation à distance, grâce à la combinaison d'un automate et de l'ordinateur éventuellement équipé d'une carte de Modem. Selon un mode d'exécution particulier représenté à la figure 1, I'installation selon l'invention se présente comme une cellule (i) ayant la forme d'un bloc parallélépipédique, présentant sur une face une porte à recouvrement montée sur charnières (2), à l'intérieur des déflecteurs recourbés (3), disposés verticalement (4) ou horizontalement (5), deux ventilateurs (6) (6') montés à la partie supérieure de l'installation et un capot supérieur (7) à l'intérieur duquel circulent les canalisations (8) (8') apportant le fluide cryogénique terminées par une buse d'injection (9) (9'). Dans ce dispositif, le fluide cryogénique est du CO2 liquide. A la face avant du capot, on dispose des dispositifs d'affichage (10) indiquant le fonctionnement des différents moyens. La figure 2 montre de profil l'installation selon l'invention avec les deux ventilateurs (6) (6') disposés à la partie supérieure de la cellule (1) et un chariot (11) portant des plateaux (12) à l'intérieur de la cellule. Les dimensions de la cellule sont adaptées à celles des chariots servant à transporter les préparations alimentaires qu'il est nécessaire de réfrigérer. La figure 3 montre l'installation selon l'invention vue en coupe, avec les déflecteurs (4) inclinés vers l'avant et vers l'arrière de la cellule, disposés horizontalement ou verticalement. La figure 4 montre en coupe le flux de circulation de l'air de réfrigération. Les flèches montrent le mouvement créé par les ventilateurs (non figurés) et les déflecteurs (5) (5) (5) autour des plateaux avant chargement des produits à traiter. La figure 5 montre en coupe le flux de circulation de l'air de réfrigération lorsque le chargement des produits alimentaires a été effectué. La figure 6 montre de face un autre mode de réalisation de l'installation de l'invention. La porte d'accès (2) est fermée par un loqueteau (18) assurant la fermeture par une barre (13) en haut et en bas. La partie supérieure ne montre pas les canalisations d'amenée du fluide cryogénique. On a simplement figuré des évents (14) (14') de dégagement en cas de surpression. La figure 7 montre l'implantation du ventilateur (6) et des ailettes de réfrigération (16) dans le capot supérieur (7). Le ventilateur (6) est disposé sur un support (17) dans un plan horizontal. Les ailettes en forme de bloc prismatique sont disposées perpendiculairement au plan du ventilateur sur un plateau horizontal (17). Le capot porte également des dispositifs d'affichage (15) et le clavier de commande (14) du dispositif de régulation. La figure 8 montre en coupe l'assemblage des déflecteurs à l'intérieur de la cellule. Ils sont disposés contre les parois. Ils présentent une forme trapézoïdale plus ou moins régulière. Une face de la cellule peut ainsi comporter un ou deux déflecteurs. Le déflecteur (A) comporte une base rectangulaire avec un côté vertical à angle droit et l'autre côté vertical incliné par rapport à la verticale, se joignant au sommet par une petite surface plane. L'autre déflecteur (B), de section trapézoïdale, présente une base plane accolée à la paroi de la cellule et une petite face horizontale jointe à la base par deux faces inclinées selon un angle différent. Comme exposé ci-dessus, I'installation selon l'invention trouve une utilisation dans la conservation par le froid de produits alimentaires dans les cuisines collectives ou dans les laboratoires de transformation agro-alimentaires. Elle peut encore trouver une utilisation pour le traitement de produits biologiques comme le sang. REVENDICATIONS 1. Installation de réfrigération notamment pour produits alimentaires, comportant dans une enceinte close (1) constituant une cellule, un évaporateur disposé au-dessus des produits à refroidir et permettant l'évacuation de l'eau, un ou plusieurs injecteurs à gaz cryogénique (9) (9') fonctionnant à l'aide d'électrovannes et un dispositif d'accès permettant l'introduction des produits à traiter. 2. Installation selon la revendication 1 dans laquelle les électrovannes sont disposées dans le sens du courant d'air ou orientées dans le sens inverse du courant d'air. 3. Installation selon la revendication 1 dans laquelle l'évaporateur a des dimensions particulières permettant d'éviter la formation ou le dépôt d'amas de neige. 4. Installation selon la revendication 1 et la revendication 3 dans laquelle l'évaporateur est pourvu d'ailettes (16) dont l'écartement permet d'éviter la formation ou le dépôt de neige. 5. Installation selon la revendication 1 dans laquelle le fluide cryogénique est vaporisé à la sortie des électrovannes (9) et amène une surpression à l'intérieur de l'installation. 6. Installation selon la revendication 1 qui comporte en outre un ou plusieurs ventilateurs logés au fond de la cellule. 7. Installation selon la revendication 1 et la revendication 6 dans laquelle les ventilateurs sont disposés à peu près au même niveau à la partie basse de l'évaporateur. 8. Installation selon la revendication 1 et la revendication 6 qui comporte en supplément des ventilateurs (6) en partie haute de l'installation. 9. Installation selon la revendication 1 qui comporte en outre à l'intérieur de celle-ci, et notamment autour de l'évaporateur, des déflecteurs (5) disposés sur le fond et sur les côtés de l'installation. 10. Installation selon la revendication 1 et la revendication 9 dans laquelle les cloisons sont de forme arrondie ou biseautée. 11. Installation selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisée en ce que l'enceinte close (1) est réalisée par assemblage de plusieurs éléments et de préférence de quatre éléments assujettis par boulonnage ou par collage. 12. Installation selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisée en ce qu'elle comporte différentes zones de travail, à savoir une zone technique comportant l'évaporateur, les ventilateurs et les injecteurs disposés à la partie supérieure de l'installation et une zone de refroidissement disposée à la partie basse et dans laquelle on introduit les produits à refroidir. 13. Installation selon l'une des revendications 1 à 12 qui comporte en outre un dispositif de pilotage à l'intérieur de la cellule formé d'un automate qui procure des possibilités de réglage des différents paramètres de fonctionnement et un dispositif d'affichage (15) qui permet d'établir une connexion entre l'installation de réfrigération et l'utilisateur. 14. Utilisation de l'installation selon l'une des revendications 1 à 13 dans la conservation par le froid de produits alimentaires. 15. Utilisation de l'installation selon l'une des revendications 1 à 13, pour le traitement par le froid de produits biologiques, et en particulier du sang.