Brevet FR2748547A1 — publié le 19971114

La présente invention concerne un dispositif de distribution de fluide cryogénique utilisable notamment pour la congélation ou le 'crnûtage' de produits alimentaires; un procédé de croûtage d'un produit alimentaire dans lequel on congèle superficiellement le produit alimentaire par mise en contact d'un liquide cryogénique avec ledit produit alimentaire de manière à former une croûte au moins sur une partie de la surface de ce produit; et l'application du dispositif ou du procédé selon l'invention au croûtage de produits alimentaires de type 'fragile'. L'utilisation de fluides cryogéniques, notamment d'azote liquide, pour la congélation de produits, notamment alimentaires, est aujourd'hui très répandue. Habitueilement, cette opération de congélation est réalisée dans un tunnel de congélation où s'opère un transfert thermique entre un fluide cryogénique et un aliment à congeler par contact direct ou indirect entre le fluide cryogénique et l'aliment. Les dispositifs les plus répandus sont basés sur une pulvérisation d'azote liquide directement sur l'aliment à congeler généralement au moyen d'une rampe de distribution munie de buses de pulvérisation. Cependant, ces dispositifs classiques ne sont pas adaptés au croûtage d'aliments 'fragiles', telles les glaces alimentaires ou les crèmes glacées, et lorsqu'on tente de les utiliser à cette fin, des problèmes apparaissent. En effet, les aliments 'fragiles' requièrent une attention particulière lorsqu'on les congèle; il faut notamment veiller à ce que le fluide de congélation ne soit pas pulvérisé avec trop de 'vigueur' sur l'aliment à congeler afin d'éviter toute déformation indésirable de ce dernier. En d'autres termes, il faut veiller à ne pas conférer au fluide cryogénique une énergie cinétique trop importante, car toute augmentation de l'énergie cinétiquè du liquide à dispenser provoque une modification indésirable de l'aspect de l'aliment lors de l'entrée en contact entre ledit fluide et ledit aliment; cette modification d'aspect nuisant à une commercialisation correcte du produit. Un moyen pour limiter cette énergie cinétique consiste à réduire le débit. Toutefois, si travailler à un débit faible, c'est-à-dire de l'ordre d'une dizaine de litres par heure (I/h), permet de réduire l'énergie cinétique du fluide cryogénique, il en résulte également des phénomènes d'ébullition dans les conduits d'acheminement, dûs à des entrées indésirables de chaleur, avec apparition d'un mélange de liquide cryogénique et de gaz, encore appelé 'diphasique'. Les phénomènes d'ébullition engendrent à leur tour des perturbations dans l'acheminement du fluide cryogénique, lesquelles empêchent le maintien d'un débit constant et homogène lors de la distribution dudit fluide. La distribution du liquide cryogénique sur l'aliment à congeler est donc inégale, ce qui ne permet pas d'obtenirune congélation superficielle (encore appelée 'croûtage' > efficace et uniforme de l'aliment. Des tentatives visant à empêcher les entrées indésirables de chaleur par conduction, convection et/ou rayonnement ont bien eu lieu, mais celles-ci se sont toujours avérées peu probantes voire même totalement infructueuses. Ainsi, certains dispositifs existants comportent une isolation de la conduite d'acheminement du fluide cryogénique réalisée au moyen de matériaux isolants, telles certaines mousses synthétiques. Bien que ces dispositifs permettent de lutter partiellement contre les entrées indésirables de chaleur dues aux phénomènes de conduction et/ou de convection, ils ne suffisent pas à éradiquer totalement lesdites entrées de chaleur, dues notamment au phénomène de rayonnement thermique, et donc l'apparition de 'diphasique' dans le conduit d'acheminement. En d'autres termes, ils ne sont pas adaptés à une distribution à débit faible et aucun de ceux-ci ne permettait de répondre efficacement aux exigences précitées. Après avoir été confrontés aux problèmes décrits ci-avant, les inventeurs de la présente invention ont réalisé un dispositif de distibution de fluide, dans lequel les entrées de chaleur sont minimisées voire totalement éradiquées, permettant d'obtenir une ditribution de liquide franc, c'est à dire de la phase liquide du fluide cryogénique et non d'un mélange 'diphasique', homogène et constante dans le temps, et ce même à pression faible, utilisable notamment pour la congélation d'aliments fragiles. De plus, ce dispositif est de réalisation industrielle simple et ne nécessite pas un investissement important. La présente invention a donc pour objet un dispositif de distribution d'un fluide cryogénique comprenant un réservoir contenant un fluide cryogénique présentant une phase gazeuse et une phase liquide, ledit réservoir étant relié à des moyens de distribution de fluide cryogénique par l'intermédiaire de moyens d'acheminement de fluide, lesdits moyens d'acheminement de fluide comportant une canalisation externe sous vide s'étendant du réservoir aux moyens de distribution et entourant au moins une canalisation intermédiaire dont l'extrémité supérieure débouche dans le ciel gazeux du réservoir et dont l'extrémité inférieure débouche en un site localisé entre ledit réservoir et lesdits moyens de distribution, ladite canalisation intermédiaire entourant au moins une partie d'au moins une canalisation interne dont l'extrémité supérieure débouche dans la phase liquide et dont l'extrémité inférieure est reliée aux moyens de distribution. Par canalisation externe 'sous vide', il faut comprendre une canalisation à l'intérieur de laquelle règne une pression de 10 à à Torr, de préférence de l'ordre de iO Torr. Par ailleurs, 'solation de cette canalisation externe est renforcée au moyen de matériaux isolants adéquats. Préférentiellement, l'extrémité inférieure de ladite canalisation interne débouche sensiblement à l'intérieur du réservoir de distribution. Avantageusement, l'extrémité inférieure de la canalisation intermédiaire débouche en un site localisé sensiblement à l'entrée du réservoir de distribution, c'est-à-dire sensiblement à la jonction entre les moyens d'acheminement et les moyens de distribution. De préférence, lesdites canalisations sont sensiblement concentriques. De façon avantageuse, lesdites canalisations sont rigides et/ou flexibles afin de pouvoir répondre à des exigences techniques de montage et/ou afin de pouvoir faire varier la pression de distribution du fluide lorsque le mode de réalisation de l'invention le justifie. Préférentiellement, les moyens de régulation de niveau comprennent une sonde de détection de niveau transmettant des données de niveau à un bottier de régulation commandant une vanne d'alimentation du réservoir en fluide cryogénique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le niveau de fluide cryogénique est maintenu sensiblement constant. L'alimentation en fluide cryogénique desdits moyens de distribution par l'intermédiaire desdites canalisations est effectuée par pressurisation du ciel gazeux; ladite pressurisation étant commandée par des moyens de régulation de pression. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le niveau de fluide cryogénique est compris entre une valeur de niveau haut et une valeur de niveau bas. L'alimentation en fluide cryogénique desdits moyens de distribution par l'intermédiaire desdites canalisations est effectuée par gravité; ledit réservoir étant relié à l'atmosphère par un évent. De préférence, les moyens de régulation de pression comportent une sonde de pression reliée au ciel gazeux et transmettant des données de pression à un boîtier de régulation de pression commandant l'ouverture d'une vanne de régulation de pression. Avantageusement, les moyens de distribution comportent au moins une rampe de distribution munie d'au moins une buse de distribution du fluide cryogénique. De manière préférée, la distribution du fluide cryogénique se fait par pulvérisation ou par écoulement par gravité. Le fluide cryogénique est préférentiellement de l'azote liquide, mais peut également être de l'argon. La présente invention concerne également un procédé de croûtage d'un produit alimentaire dans lequel on congèle superficiellement le produit alimentaire par mise en contact d'un liquide cryogénique avec ledit produit alimentaire de manière à former une croûte au moins sur une partie de la surface de ce produit, le fluide cryogénique étant stocké dans un réservoir de stockage contenant une phase liquide surmontée d'une phase gazeuse, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes a - d'acheminement du fluide cryogénique d'un réservoir de stockage à un réservoir de distribution par l'intermédiaire d'au moins une canalisation interne dont une première extrémité débouche dans la phase liquide et dont une seconde extrémité débouche sensiblement à l'entrée ou dans un réservoir de distribution; b - de collecte du gaz formé dans le réservoir de distribution; c - d'acheminement dudit gaz collecté vers le ciel gazeux du réservoir de stockage au moyen d'au moins une canalisation intermédiaire entourant ladite canalisation interne, et dont une première extrémité débouche dans le ciel gazeux et dont une seconde extrémité est en communication avec le fluide cryogénique du réservoir de distribution; d - de distribution, par pulvérisation ou par gravité, du fluide cryogénique sur le produit alimentaire. Avantageusement, la distribution est réalisée à un débit inférieur à 30 11h et=de préférence, de l'ordre de 10 I/h. Cependant, la distribution peut également être effectuée à des débits supérieurs allant jusqu'à 500 11h. Préférentiellement, le dispositif ou le procédé selon l'invention sont appliqués à la congélation d'une denrée alimentaire de type 'fragile', ladite denrée étant, de préférence, choisie dans le groupe formé par les glaces, les sorbets, les décors de crèmes glacées, les bûches de Noël, les gelées pour pâtées et la graisse à rillettes. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaftront à la lecture de la description suivante des figures illustrant deux modes de réalisation de l'invention, lesquels sont donnés à titre illustratif et non limitatif, et où - la Figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'invention selon lequel le niveau de fluide cryogénique 11 ì dans le réservoir (2) est compris entre une valeur de niveau bas (nb) et une valeur de niveau haut (nh); - et la Figure 2 représente un second mode de réalisation de l'invention selon lequel le niveau de fluide cryogénique (1) dans le réservoir (2) est maintenu sensiblement constant. La Figure 1 représente donc un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif comprend un réservoir 2 contenant un fluide cryogénique 1, par exemple de l'azote liquide, présentant une phase liquide 21 et une phase gazeuse 20. Le réservoir 2 est relié, au niveau de sa partie supérieure, à l'atmosphère par l'intermédiaire d'un évent 3 et est alimenté en fluide par un conduit 22. Le réservoir 2 est relié, par sa partie inférieure, à des moyens de distribution 9, 10 et 14 de fluide cryogénique par l'intermédiaire de moyens d'acheminement 4, 5 et 6. Les moyens d'acheminement comportent une canalisation externe 6 sous vide s'étendant du réservoir 2 aux moyens de distribution 9, 10 et 14, une canalisation intermediaire 5 et une canalisation interne 4. La canalisation externe 6 entoure la canalisation intermédiaire 5 dont l'extrémité supérieure débouche dans le ciel gazeux 20 et dont l'extrémité inférieure est débouche en un site localisé entre le réservoir et les moyens de distribution 9, 10 et 14. La canalisation intermédiaire 5 entoure ellemême au moins une partie d'une canalisation interne 4 dont l'extrémité supérieure débouche dans la phase liquide 21 et dont l'extrémité inférieure est reliée aux moyens de distribution. L'acheminement du liquide franc depuis le réservoir 2 vers les moyens de distribution 9, 10 et 14 est donc accompli uniquement par la canalisation interne 4. La canalisation intermédiaire 5 contenant également du liquide cryogénique est en relation par son extrémité supérieure avec le ciel gazeux 20. Cette canalisation intermédiaire sert donc de barrière thermique et de moyen d'évacuation, vers le ciel gazeux 20, des bulles indésirables de fluide cryogénique gazeux pouvant éventuellement se former notamment dans le réservoir de distribution 14, et ce sans perturber l'acheminement du liquide franc par la canalisation interne 4 vers le réservoir de distribution 14. La canalisation interne 4, d'une part, achemine un fluide cryogénique (ici de l'azote liquide à une température donnée (ici 770 K) et, d'autre part, baigne dans le même fluide cryogénique à la même température, lequel est contenu par la canalisation intermédiaire 5; il ne peut donc se produire d'échanges de chaleur et donc d'apparition de diphasique à l'intérieur de cette canalisation 4 nuisibles à un acheminement correct de liquide franc. Dans ce mode de réalisation préféré de l'invention, les trois canalisations sont sensiblement concentriques. Des brides 7 munies de barrière thermiques limitant les entrées indésirables de chaleur sont prévues afin de permettre un démontage simple du dispositif en vue d'un nettoyage éventuel ou de modifier la hauter manométrique H lorsqu'on désire faire varier la pression de distribution du fluide. Les moyens de distribution se composent d'un réservoir de distribution 14, d'une rampe de distribution 9 munie de buses 10 amovibles de distribution permettant de dispenser le liquide franc sur les produits, notamment alimentaires. L'alimentation en liquide franc de la rampe de distribution 9 se fait par gravité après l'ouverture d'une vanne de commande 8 reliée par exemple à des moyens de détection du produit. II est également possible de prévoir une régulation de la distribution au niveau de vannes de séquençage (non représentées) commandant la fermeture des buses 10. La pression de service constante est déterminée par la longueur des canalisations ou la hauteur manométrique H. A titre d'exemple, une pression de distribution d'environ 400 mbar est obtenue lorsque H est égale à une valeur de l'ordre de 6 m. Le niveau de liquide cryogénique 1 dans le réservoir 2 est contrôlé par des moyens de contrôle de niveau comprenant une sonde de niveau 1 1 laquelle transmet des données de niveau à un boîtier de régulation 13 de niveau, lequel commande l'ouverture ou la fermeture d'une vanne de régulation de niveau 12 reliée, d'une part, à une réserve de liquide cryogénique (non représentée) et d'autre part, au réservoir 2. Lorsque le liquide crvogénique dans le réservoir 2 passe d'un niveau haut (nh) à un niveau ars (nb), l'ouverture de la vanne 12 se produit et le réservoir 2 est alimenté en liquide cryogénique jusqu'à atteindre le niveau haut (nh); la vanne 12 est alors fermée et l'alimentation s'interrompt. Ce mode de réalisation nécessite un matériel de conception simple et permet de conserver une pression stable même pendant les phases de remplissage du réservoir; ce dernier étant en communication avec l'atmosphère par l'évent 3. La Figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention, lequel peut être mis en oeuvre lorsque les contraintes d'encombrement par exemple ne permettent pas d'utiliser un dispositif à alimentation par gravité. Cette Figure 2 étant néanmoins similaire à la Figure 1, seules les parties différentes seront détaillées ci-après. La principale différence réside dans le mode de fonctionnement du dispositif. En effet, dans ce second mode de réalisation, le réservoir 2 n'est plus relié à l'atmosphère par un évent, mais la pression interne dudit réservoir est régulée par des moyens de régulation de pression 17, 18 et 19 comprenant une sonde de pression 17 transferant des données de pression à un boîtier de régulation 18 de pression, lequel commande une vanne 19 de régulation de pression permettant un contrôle de la pressurisation du ciel gazeux 20. Cette pressurisation du ciel gazeux 20 permet d'alimenter les moyens de distribution en liquide franc. Ce mode de réalisation est également basé sur un fonctionnement à niveau de liquide cryogénique constant, ladite régulation de niveau étant obtenue par des moyens de régulation de niveau analogues à ceux décrits précédemment. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'être plus compact que le précédent, puisque la pression d'alimentation n'est plus dépendante de la longueur des canalisations. Les deux dispositifs décrits ci-avant permettent d'obtenir une distribution homogène et constante en liquide franc; l'arrangement particulier des canalisations permettant de banir toute entrée indésirable de chaleur dans les conduits d'alimentation, d'où il résulterait un problème d'ébullition dû à l'apparition de diphasique dans la conduite interne 4. Bien que le dispositif et le procédé décrits ci-dessus soient particulièrement bien adaptés aux produits alimentaires, ils ne sont nullement limités à ce domaine et peuvent être appliqués à tout produit nécessitant d'être réfrigéré par un fluide cryogénique dispensé à débit faible et homogène. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de distribution d'un fluide cryogénique comprenant un réservoir (2) contenant un fluide cryogénique (1) présentant une phase gazeuse (20) et une phase liquide (21), ledit réservoir (2) étant relié à des moyens de distribution (9, 10, 14) de fluide cryogénique par l'intermédiaire de moyens d'acheminement (4, 5, 6) de fluide, lesdits moyens d'acheminement (4, 5, 6) de fluide comportant une canalisation externe (6) sous vide s'étendant du réservoir (2) aux moyens de distribution (9, 10, 14) et entourant au moins une canalisation intermédiaire (5) dont l'extrémité supérieure débouche dans le ciel gazeux (20) du réservoir (2) et dont l'extrémité inférieure débouche en un site localisé entre ledit réservoir (2) et lesdits moyens de distribution (9, 10, 14), ladite canalisation intermédiaire (5) entourant au moins une partie d'au moins une canalisation interne (4) dont l'extrémité supérieure débouche dans la phase liquide (21) et dont l'extrémité inférieure est reliée aux moyens de distribution (9, 10,14). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de ladite canalisation interne (4) débouche sensiblement à l'intérieur du réservoir de distribution (14). 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de la canalisation intermédiaire (5) débouche en un site localisé sensiblement à l'entrée du réservoir de distribution (14). 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites canalisations (4), (5) et (6) sont sensiblement concentriques. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites canalisations (4), (5) et (6) sont rigides et/ou flexibles. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé. en ce que le niveau de ladite phase liquide (21) est régulé par des moyen6 de régulation de niveau (i 1, 12, 13), 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation de niveau (11, 12, 13) comprennent une sonde de détection de niveau (11) transmettant des données de niveau à un bottier de régulation t13) commandant une vanne (12) d'alimentation du réservoir (2) en fluide cryogénique (1). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le niveau de fluide cryogénique (1) est maintenu sensiblement constant. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le niveau de fluide cryogénique (1) est compris entre une valeur de niveau haut et une valeur de niveau bas. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 ou 9, caractérisé en ce que l'alimentation en fluide cryogénique (1) desdits moyens de distribution (9, 10, 14) par l'intermédiaire desdites canalisations (4), (5) et (6) est effectuée par gravité; ledit réservoir (2) étant relié à l'atmosphère par un évent (3). 11 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'alimentation en fluide cryogénique (1) desdits moyens de distribution (9, 10, 14) par l'intermédiaire desdites canalisations (4), (5) et (6) est effectuée par pressurisation du ciel gazeux (20); ladite pressurisation étant commandée par des moyens de régulation de pression (17, 18, 19). 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en que ce les moyens de régulation de pression (17, 18, 19) comportent une sonde de pression (17) reliée au ciel gazeux (20) et transmettant des données de pression à un boîtier de régulation de pression (18) commandant l'ouverture d'une vanne de régulation de pression (19). 13 - Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3, 10 ou 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de distribution (9, 10, 14) comportent un réservoir de distribution (14), au moins une rampe de distribution (9) munie d'au moins une buse (10) de distribution du fluide cryogénique (1). 14 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en que ce la distribution du fluide cryogénique (1) se fait par pulvérisation ou par gravité. 1 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, 6 à 11, 13 ou 14, caractérise en ce que ledit fluide cryogénique (1) est de l'azote. 16 - Procédé de croûtage d'un produit alimentaire dans lequel on congèle superficiellement le produit alimentaire par mise en contact d'un liquide cryogénique avec ledit produit alimentaire de manière à former une croûte au moins sur une partie de la surface de ce produit, le fluide cryogénique étant stocké dans un réservoir de stockage (2) contenant une phase liquide (21) surmontée d'une phase gazeuse (20) , caractérise en ce qu'il comporte les étapes a - d'acheminement du fluide cryogénique (1) d'un réservoir de stockage (2) à un réservoir de distribution (14) par l'intermediaire d'au moins une canalisation interne (4) dont une première extrémité débouche dans la phase liquide (21) et dont une seconde extrémité débouche sensiblement à l'entrée ou. dans un réservoir de distribution (14); b - de collecte du gaz formé dans le réservoir de distribution (14); c - d'acheminement dudit gaz collecté vers le ciel gazeux (20) du réservoir de stockage (2) au moyen d'au moins une canalisation Intermédiaire (5) entourant ladite canalisation interne (4), et dont une première extrémité débouche dans le ciel gazeux (20) et dont une seconde extrémité est en communication avec le fluide cryogénique du réservoir de distribution (14); d - de distribution, par pulvérisation ou par gravité, du fluide cryogénique sur le produit alimentaire. 17 - Procédé de cloutage selon la revendication 16, caractérisé en ce que la distribution est réalisée à un débit inférieur à 30 I/h et, de préférence, de l'ordre de 10 I/h. 18 - Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 15 ou du procédé selon l'une des revendications 16 à 17 à la congélation d'une denrée alimentaire de type 'fragile'. 19 - Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 1 5 ou du procédé selon l'une des revendications 16 à 17 à la congélation d'une denrée alimentaire de type 'fragile' choisie dans le groupe formé par les glaces, les sorbets, les décors de crèmes glacées, les bûches de Noël, les gelées pour pâtées et la graisse à rillettes.