Brevet FR2782153A1 — publié le 20000211

La présente invention est relative à un dispositif d'injection d'un fluide frigorigène dans un appareil mélangeur de produits. Un tel appareil, également connu sous l'appellation "baratte", équipé d'un dispositif d'injection de fluide frigorigène, par exemple de l'azote, s'utilise notamment dans le domaine de l'industrie agroalimentaire pour surgeler séparément chaque ingrédient de plats cuisinés ou pour enrober avec de la sauce et surgeler simultanément des produits surgelés. Dans l'état de la technique, un dispositif d'injection de fluide frigorigène dans un appareil mélangeur de produits comporte généralement une canalisation d'injection du fluide frigorigène équipée d'une canne d'injection destinée à être raccordée à l'appareil mélangeur et d'au moins une zone de section réduite adaptée pour créer une détente dans le fluide. Dans ce type de dispositif, la zone de section réduite est constituée par un orifice calibré positionné à l'extrémité de la canne d'injection, à l'entrée de la cuve de l'appareil mélangeur. Le fluide frigorigène, constitué classiquement d'azote liquide, est alors injecté dans la cuve par l'intermédiaire de la canne d'injection, à travers la zone de section réduite. Cette construction permet de créer une détente dans le fluide frigorigène à l'entrée de la baratte. Elle présente toutefois un certain nombre d'inconvénients, notamment en raison du fait que l'orifice calibré ménagé dans la canne d'injection engendre une dispersion relativement importante du flux qui adopte une forme de cône. Elle ne permet donc pas d'obtenir une veine d'azote liquide pénétrant profondément à l'intérieur de la baratte. Le but de l'invention est de pallier cet inconvénient et de fournir un dispositif d'injection de fluide frigorigène dans un appareil mélangeur de produits capable de créer une veine de fluide frigorigène de forme sensiblement cylindrique et précisément positionnée par rapport à l'entrée de l'appareil mélangeur. Elle a donc pour objet un dispositif d'injection du type précité, caractérisé en ce que la ou chaque zone de section réduite est disposée en amont de la canne d'injection, en considérant le sens d'écoulement de fluide dans la canalisation. Le dispositif d'injection selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles: - il comporte en outre des moyens de séparation de phases liquide et gazeuse disposés en aval de la ou chaque zone de section réduite; - les moyens de séparation sont constitués par une partie coudée de la canalisation s'étendant entre ladite au moins une zone de section réduite et la canne d'injection; - la canalisation s'étend, en amont de la canne d'injection, selon une pente descendante en direction de cette dernière; - l'appareil mélangeur comportant une cuve dotée d'une pale rotative disposée au voisinage d'une zone de raccordement de la canne d'injection, le dispositif comporte en outre une vanne montée sur la canalisation et pilotée par un organe de commande d'injection cyclique du fluide frigorigène en phase avec la rotation de la pale; - la canne d'injection étant destinée à être montée sur une porte d'accès à la cuve, la canalisation est munie d'un joint tournant disposé en amont de la canne; - le joint tournant est disposé en amont des moyens de séparation; - il comporte en outre moyen de détection de la pression, tel qu'un manomètre, monté sur la canalisation, en amont de la canne; - il comporte en outre une vanne d'arrêt montée sur une extrémité de la canalisation opposée à la canne d'injection, destinée à être raccordée à une source d'alimentation en fluide frigorigène sous pression; et - le fluide frigorigène comporte de l'azote liquide. On notera, au sujet des appareils munis de pales rotatives que la cuve peut alors être fixe ou bien elle-même en rotation également. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: 2 0 - la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil mélangeur de produits équipé d'un dispositif d'injection selon l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus d'une partie de l'appareil de la figure 1, montrant le dispositif d'injection de fluide frigorigène; et - la figure 3 est un schéma montrant la structure du dispositif d'injection montré sur 2 5 la figure 2. Sur la figure 1 on a représenté un appareil mélangeur de produits désigné par la référence numérique générale 10. Il est destiné à être utilisé dans le domaine de l'industrie agroalimentaire, par exemple pour la préparation de plats cuisinés ou de mélanges de légumes surgelés portionnables, par mélange, enrobage avec de la sauce et surgélation simultanés de produits surgelés. Un tel appareil est également susceptible d'être utilisé dans d'autres domaines, par exemple dans l'industrie pharmaceutique. L'appareil 10 comporte une cuve 12 réalisée en un matériau approprié pour l'utilisation envisagée et équipée d'une porte d'accès 14 elle-même dotée d'une conduite 16 d'alimentation en produits à préparer. Par ailleurs, l'appareil 10 est doté d'un dispositif d'injection d'un fluide frigorigène, désigné par la référence numérique générale 18 et schématiquement représenté sur cette figure, destiné à permettre la surgélation du mélange contenu dans la cuve 12. Le dispositif d'injection 18 est également monté sur la porte d'accès 14 et est destiné à être raccordé à une source non représentée d'alimentation en un fluide frigorigène sous pression, constitué, dans l'exemple considéré, par de l'azote liquide. En se référant aux figures 2 et 3, on voit que le dispositif d'injection d'azote liquide comporte principalement une canalisation 20 dont une première extrémité 22 est dotée d'une canne 24 d'injection d'azote destinée à être raccordée à la porte 14 et d'une extrémité opposée 26 destinée à être raccordée à la source d'alimentation en azote liquide, par l'intermédiaire d'une vanne d'arrêt 28 munie d'un actionneur (cette vanne peut avoir bien entendu un fonctionnement manuel ou automatique). La partie médiane 30 de la canalisation est dotée d'au moins une zone de section réduite adaptée pour créer une détente dans l'azote liquide circulant dans la canalisation 20. Pour ce faire, la canalisation est dotée d'un passage calibré ménagé dans cette zone , c'est-à-dire placé en amont de la canne d'injection 24, en considérant le sens d'écoulement de l'azote liquide. Par ailleurs, et comme on le voit sur les figures 2 et 3, la canalisation 20 comporte une partie coudée 32 s'étendant entre la canne d'injection 24 et la zone de section réduite 30 de manière à effectuer une séparation naturelle des phases liquide et gazeuse d'azote, en aval de l'orifice calibré 30, sous l'effet de la force centrifuge s'exerçant sur l'azote dans la partie coudée. Il est ainsi créée une veine de liquide circulant dans la partie externe du coude, tandis que la phase gazeuse créée sous l'effet du passage du fluide dans l'orifice calibré circule dans la partie interne du coude 32. On voit par ailleurs sur les figures 2 et 3 que la canalisation 20 est en outre dotée d'une électrovanne 34 pilotée par un organe de commande de son fonctionnement (non représenté) adapté pour contrôler le débit dans la canalisation 20 selon un fonctionnement "tout ou rien", cette électrovanne étant disposée en aval de l'orifice calibré 30. La canne d'injection 24 étant disposée au voisinage immédiat d'une pale rotative équipant de façon classique la cuve 12, à l'entrée de cette dernière, l'organe de pilotage du fonctionnement de l'électrode 34 provoque l'ouverture et la fermeture de cette dernière de façon cyclique en phase avec la rotation de la pale de manière à provoquer l'injection de l'azote liquide dans la cuve lorsque la pale se situe dans une position désaxée par rapport à la canne 24. On évite ainsi tout risque d'injection d'azote liquide sur la pale mais également le risque d'injection de l'azote liquide sur le produit qui est déversé par la pale devant l'entrée de la cuve, ce qui provoquerait un refroidissement médiocre du mélange contenu dans la cuve 12 par apparition d'un gradient de température relativement important dans cette dernière. Dans le but de fournir une indication précise de la pression d'azote liquide contenu dans la canalisation 20, un manomètre 36 est placé en amont de l'électrovanne 34 et en particulier en amont de l'orifice calibré 30 de manière à fournir une indication relativement constante de la valeur de la pression (pression totale) quel que soit le cycle de fonctionnement de l'électrovanne 34. On voit par ailleurs sur les figures 2 et 3 qu'une soupape 38 est prévue en amont du manomètre 36. En se référant à nouveau à la figure 2, on voit que l'ensemble constitué par la conduite 16 d'alimentation en produits et la canne d'injection 24 associée à l'extrémité correspondante de la canalisation 20 est monté sur la porte 14 de la cuve 12. Afin de permettre une ouverture aisée de la porte, la canalisation 20 est dotée d'un joint de type tournant classique 42, et d'un flexible 40, permettant conjointement le 2 0 déplacement de la canalisation selon au moins deux degrés de liberté. On voit sur la figure 3 que la zone de la canalisation s'étendant en amont de la canne d'injection 24, de préférence jusqu'au flexible 40, adopte une configuration en pente douce en direction de la canne de manière à éviter toute rétention d 'azote dans cette partie et permettre un égouttage aisé d'un liquide de nettoyage. De préférence, la canalisation forme, dans cette zone, un angle de 15 par rapport à l'horizontal. On voit enfin sur la figure 2 que la canalisation 20 comporte une prise de vide 44 permettant, comme cela est classique, d'évacuer l'air ambiant emplissant la cuve 12. On conçoit que la configuration adoptée qui vient d'être décrite, qui utilise une canalisation dotée d'un orifice calibré en amont de la canne d'injection, et en aval de laquelle est prévue une zone coudée, permet d'une part d'effectuer la détente en amont de la zone d'injection, ce qui évite la création d'un flux divergent d'azote liquide en entrée de la baratte, et, d'autre part, de séparer naturellement, c'est-à-dire mécaniquement, dans la partie coudée, la phase liquide de la phase gazeuse créée en sortie de l'orifice calibré, ce qui permet l'injection à l'entrée de la cuve d'une veine franche de liquide, non dispersée, permettant ainsi d'atteindre efficacement le centre de la cuve et d'injecter l'azote liquide relativement profondément dans cette dernière. On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. C'est ainsi que le dispositif d'injection décrit en référence aux figures 2 et 3 comporte un orifice calibré disposé en amont d'une électrovanne de commande d'injection d'azote. l serait toutefois possible, en variante, de concevoir ces deux éléments en une pièce, en utilisant une vanne de diamètre interne approprié permettant de réaliser une détente. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection d'un fluide frigorigène dans un appareil (10) mélangeur de produit, le dispositif comprenant une canalisation (20) d'injection du fluide frigorigène équipée d'une canne d'injection (24) destinée à être raccordée à l'appareil mélangeur (10) et d'au moins une zone (30) de section réduite adaptée pour créer une détente dans le fluide, caractérisé en ce que la ou chaque zone (30) de section réduite est disposée en amont de la canne d'injection (24), en considérant le sens d'écoulement de fluide dans la canalisation (20). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l0 des moyens de séparation (32) de phases liquide et gazeuse disposés en aval de la ou chaque zone (30) de section réduite. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de séparation sont constitués par une partie coudée (32) de la canalisation (20) située entre ladite au moins une zone (30) de section réduite et la canne d'injection (24). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la canalisation (20) s'étend, en amont de la canne d'injection (24), selon une pente descendante en direction de cette dernière. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que, l'appareil mélangeur (10) comportant une cuve (12) dotée d'une pale rotative, disposée au voisinage d'une zone de raccordement de la canne d'injection (24), le dispositif comporte en outre une vanne (34) montée sur la canalisation (20) et pilotée par un organe de commande d'injection cyclique du fluide frigorigène en phase avec la rotation de la pale. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la canne d'injection (24) étant destinée à être montée sur une porte (14) d'accès à la cuve (12), la canalisation est munie d'un joint tournant (42) disposé en amont de la canne d'injection (24). 7. Dispositif selon la revendication 6, dépendante de la revendication 2, caractérisé en ce que le joint tournant (42) est disposé en amont des moyens de séparation (32). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de détection de pression, (36) monté sur la canalisation (20) en amont de la vanne (34). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une vanne d'arrêt (28) montée sur une extrémité de la canalisation (20) opposée à la canne d'injection (24) destinée à être raccordée à une source d'alimentation en fluide frigorigène sous pression. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fluide frigorigène comporte de l'azote liquide. 1 1. Procédé d'injection d'un fluide frigorigène dans un appareil (10) mélangeur de produit, à l'aide d'une canalisation (20) d'injection du fluide frigorigène équipée d'une canne d'injection (24) destinée à être raccordée à l'appareil mélangeur (10) et d'au moins une zone (30) de section réduite adaptée pour créer une détente dans le fluide, caractérisé en ce que l'on effectue la détente dans le fluide en amont de la canne d'injection (24), en considérant le sens d'écoulement de fluide dans la canalisation (20). 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on effectue une séparation des phases liquide et gazeuse du fluide, en aval de la dite zone de la canalisation o l'on effectue la détente dans le fluide, de façon à injecter dans la cuve une veine de liquide substantiellement franc. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'on effectue ladite séparation de phases en faisant circuler le fluide, en aval de la dite zone de la canalisation o l'on effectue la détente dans le fluide, dans une partie coudée (32) de la canalisation apte à effectuer une séparation mécanique des phases par effet centrifuge. 14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'appareil mélangeur (10) comportant une cuve (12) dotée d'une pale rotative, disposée au voisinage d'une zone de raccordement de la canne d'injection (24), on effectue un pilotage cyclique de l'injection du fluide frigorigène dans la cuve, en phase avec la rotation de la pale. 15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le fluide frigorigène comporte de l'azote liquide.