Brevet FR2776471A1 — publié le 19991001

La présente invention concerne un refroidisseur de lait à couvercle et agitateur, du type dit " à la ferme ", La collecte de lait dans les fermes se fait par tournées de camions- citernes dont la périodicité dépend de l'importance du lait recueilli à chaque traite entre-temps le lait doit être refroidi et conservé sous agitation intermittente. On utilise à cet effet des refroidisseurs de lait comprenant une cuve cylindrique verticale munie d'un couvercle permettant l'accès à la cuve pour son nettoyage ou son inspection, le fond de la cuve étant incliné afin de faciliter l'écoulement du lait par un orifice de vidange situé en partie basse du refroidisseur. L'articulation du couvercle sur la cuve peut soit être placée au- dessus de l'orifice de vidange, soit lui être diamétralement opposée. Mais, lorsque cette articulation est située au-dessus de l'orifice de vidange, il faut alors libérer de l'espace tout autour de la cuve afin de permettre un accès facile, tant pour la vidange du lait que pour l'ouverture du couvercle. Par contre, I'option consistant à placer l'articulation du couvercle en position diamétralement opposée à l'orifice de vidange permet de placer la cuve contre un mur ou dans un coin, de sorte que l'orifice de vidange soit accessible. C'est donc la solution la plus avantageuse en ce qui concerne l'encombrement au sol et la facilité d'utilisation des refroidisseurs de lait. Les cuves sont en outre munies, d'une part, d'un système de refroidissement, et d'autre part, d'un dispositif d'agitation dont la fonction principale est d'assurer la répartition homogène des différents composants du lait (matière grasse, matière protéique, etc.) et de garantir les bonnes performances du système de refroidissement. Le dispositif d'agitation, relié de façon solidaire au couvercle, est, en principe, constitué d'un arbre traversant ledit couvercle et se terminant par une pale. Dans les cuves munies d'un couvercle articulé à l'opposé de 2 2776471 l'orifice de vidange, trois positions du dispositif d'agitation sont alors envisageables. Il peut être positionné au centre de la cuve, il peut aussi être positionné entre l'orifice de vidange et l'axe de la cuve, ou bien encore, il peut être positionné entre l'axe de la cuve et l'articulation du couvercle. La première disposition présente des inconvénients majeurs. En effet, elle entraîne une limitation de la largeur de la pale de l'agitateur qui ne doit pas venir buter sur la paroi interne de la cuve lorsqu'on ouvre le couvercle. S'il est néanmoins indispensable que la pale ait un diamètre relativement important, il faut alors prévoir un dispositif mécanique spécial d'articulation du couvercle, ce qui augmente nettement le coût et la complexité du refroidisseur. La seconde disposition présente exactement les mêmes inconvénients, avec un surcoût et une complexité encore accrue. La troisième disposition ne présente, quant à elle, aucun des inconvénients susmentionnés mais pose d'autres problèmes au niveau de la qualité de l'agitation en fonction du niveau de remplissage de la cuve. En effet, si l'on opte pour une pale de dimension importante du type de celle présente dans le dispositif de l'art antérieur des figures 1 et 2, I'agitation est suffisante lorsque la cuve est remplie, mais elle est trop vigoureuse lorsqu'elle ne l'est que faiblement. En outre, il est nécessaire d'atteindre un niveau de remplissage de l'ordre de 25% de la capacité de la cuve avant que le lait recouvre la pale, ce qui peut occasionner des phénomènes de barattage et d'aération du lait. A contrario, si la pale est de petite dimension, comme par exemple celle présente dans le dispositif de l'art antérieur des figures 3 et 4, elle est recouverte à un niveau de remplissage relativement bas, mais l'agitation est trop faible lorsque la cuve est remplie à sa capacité nominale, ce qui entraîne notamment une mauvaise homogénéisation de la matière grasse. La présente invention a donc essentiellement pour but de remédier aux inconvénients susmentionnés des refroidisseurs de lait à couvercle munis d'un dispositif d'agitation. 3 2776471 A cet effet, le refroidisseur de lait selon l'invention comprend une cuve cylindrique verticale de diamètre intérieur D à fond incliné vers un orifice de vidange, munie d'un couvercle relié au corps de la cuve par une articulation située du côté le moins profond de ladite cuve, et munie en outre d'un dispositif d'agitation constitué, d'une part, d'un arbre sensiblement vertical se trouvant entre ladite articulation et l'axe vertical de la cuve, à une distance e dudit axe, et, d'autre part, d'une pale de diamètre d, et est caractérisé en ce que ladite pale présente une zone centrale évidée sur sa partie supérieure de façon symétrique de part et d'autre de lI'arbre, et deux zones d'extrémité. La forme nouvelle de cette pale lui permet d'être recouverte par le lait à un faible niveau de remplissage en évitant ainsi les phénomènes de barattage et d'aération du lait. En outre, elle permet d'obtenir une efficacité d'agitation accrue même lorsque le refroidisseur est rempli à sa capacité maximale. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux au cours de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré de l'invention donné a titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un premier refroidisseur de lait de l'art antérieur; - la figure 2 est une vue de dessus schématique du dispositif de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un second refroidisseur de lait de l'art antérieur; - la figure 4 est une vue de dessus schématique du dispositif de la figure 3; - la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un refroidisseur de lait selon l'invention; - la figure 6 est une vue de dessus schématique du dispositif de la figure 5. 4 2776471 Comme on peut le voir sur la figure 5, le refroidisseur selon l'invention comprend un corps de cuve cylindrique 9 ayant des parois verticales et une plaque de fond 8. Dans ce corps de cuve se trouve une cuve cylindrique intérieure 1 à parois verticales présentant un fond incliné 2, la zone la plus profonde de la cuve 1 étant située du côté d'un conduit de vidange muni d'un orifice 3, qui débouche en dehors du corps de cuve 9. Un évaporateur de type intégré est composé par le fond incliné 2 et une autre plaque de tôle délimitant une enceinte en communication avec une tuyauterie 11 et dans laquelle circule un fluide frigorigène. Un couvercle 4 vient fermer la cuve intérieure 1 et est relié au corps de cuve 9 au moyen d'une articulation 5. Un dispositif d'agitation comprenant un arbre vertical 6, solidaire du couvercle 4, est positionné dans la partie la moins profonde de la cuve. Cet arbre 6 se termine par une pale 7 de forme nouvelle. L'extrémité libre de l'arbre 6 est accouplée à un arbre moteur appartenant au motoréducteur électrique 10 qui permet d'entraîner en rotation l'ensemble du dispositif d'agitation. Lorsque le couvercle 4 est fermé, I'arbre 6 est perpendiculaire au fond incliné 2 de la cuve intérieure 1. Comme on peut le voir en figure 5, la pale 7 présente une zone centrale (Y) évidée sur sa partie supérieure de façon symétrique de part et d'autre de l'arbre 6, ainsi que deux zones d'extrémité (X) et (Z). Dans ce mode de réalisation particulier, les deux zones d'extrémité (X) et (Z) sont parallèles entre elles et inclinées d'un angle a par rapport à la zone évidée (Y), comme on peut le voir en figure 6. L'angle a. vaut ici environ 14 . Outre cette inclinaison des zones d'extrémité (X) et (Z), la pale 7 des figures 5 et 6 se caractérise par un rapport d / D de l'ordre de 0,6. Quant au rapport du rayon rx de la zone (X), respectivement du rayon rz de la zone (Z), au diamètre de la pale d, il vaut ici 0,25. Enfin, la pale 7 présente un rapport de la hauteur hx de la zone (X), respectivement de la hauteur hz de la zone (Z), à la hauteur hy de la zone (Y) de 6,5 environ. 2776471 En ce qui concerne le positionnement du dispositif d'agitation par rapport à l'axe de la cuve, le rapport e / D vaut 0,18 dans ce mode de réalisation particulier. D'une façon plus large, ce rapport vaut généralement entre 0,15 et 0,25 pour ce type de refroidisseur. La pale ainsi définie donne d'excellents résultats et répond tout à fait aux objectifs de départ. En effet, les pales d'agitateur impriment au liquide à agiter un mouvement de rotation dans la cuve cylindrique et des mouvements verticaux permettant le mélange du liquide entre la partie supérieure et la partie inférieure du contenu. En observant les dispositifs de l'art antérieur, les présents inventeurs se sont rendus compte que le mouvement de rotation du liquide est principalement imprimé par les zones d'extrémité (X) et (Z) des pales, mais que la zone centrale (Y) de ces pales avait au contraire tendance à imprimer un mouvement contraire à celui des zones (X) et (Z). C'est ce qui a amené les présents inventeurs à évider au maximum ladite zone (Y) afin de diminuer ce phénomène de " freinage " autant que possible. Dans un mode de réalisation préféré, le rapport de la hauteur hx de la zone (X), respectivement de la hauteur hz de la zone (Z), à la hauteur hy de la zone (Y) est choisi entre 2 et 50 en fonction de l'évidement souhaité et de la surface de transmission de l'énergie souhaitée. En ce qui concerne le rayon des différentes zones de la pale, le rapport du rayon rx de la zone (X) respectivement du rayon rz de la zone (Z), au diamètre de la pale d vaut, de préférence, de 0,2 à 0,3, ce qui permet de déterminer le rayon de la zone (Y) par différence. Dans un autre mode de réalisation préféré, la pale 7 dans son ensemble est sensiblement plus large que les pales de l'art antérieur, ce qui permet d'agrandir d'autant les zones (X) et (Z), afin de conserver une surface de transmission de l'énergie qui reste suffisante. Ceci permet également de provoquer un cisaillement du liquide, car la vitesse de ces zones de la pale est supérieure à la vitesse de rotation du liquide dans la 6 2776471 cuve. On choisit pour cela, de préférence, un rapport d / D compris entre 0,4 et 0,7. L'inclinaison identique des zones (X) et (Z) par rapport à la zone (Y) accroît encore, quant à elle, l'efficacité de cette nouvelle pale. D'une façon particulièrement préférée, l'angle a. formé respectivement par les zones (X) et (Z) par rapport à la zone (Y) est choisi entre 5 et 30 . L'ensemble de ces modifications de la forme de la pale 7 par rapport aux dispositifs de l'art antérieur fournit une meilleure utilisation de l'énergie du moteur 10 de l'agitateur et un accroissement considérable de l'effet d'agitation par rapport à la taille de la pale d'agitateur. Dans un autre mode de réalisation de l'invention non représenté sur les figures annexées, les parois inférieures de l'ensemble de la zone (X) et de la partie de la zone (Y) comprise entre la zone (X) et l'arbre 6 sont prolongées par une première bande de matière faisant un angle de 90 à 140 avec lesdites parois, la bande étant située en avant de cette première moitié de la pale 7 et ayant une faible largeur. De même, les parois inférieures de l'ensemble de la zone (Z) et de la partie de la zone (Y) comprise entre la zone (Z) et l'arbre 6 sont elles aussi prolongées par une seconde bande de matière faisant un angle de 90 à 1400 avec lesdites parois, la bande étant située en avant de cette seconde moitié de la pale 7 et ayant une faible largeur. La première et la deuxième bandes sont symétriques par rapport au plan passant par les zones (X) et (Z) de la pale 7. Ces deux bandes sont obtenues par pliage et ont pour fonction d'augmenter la rigidité de l'ensemble, permettant ainsi de diminuer l'épaisseur des matériaux utilisés pour la fabrication. Cette diminution de la quantité de matière nécessaire pour le dispositif d'agitation selon l'invention permet d'améliorer encore les performances du système. Ce mode de réalisation particulier peut bien entendu être combiné à celui précédemment décrit. Il va de soi que les formes de réalisation du refroidisseur de lait qui ont été décrites ci-dessus ont été données à titre purement indicatif et 7 2776471 nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Refroidisseur de lait comprenant une cuve cylindrique verticale (1) de diamètre intérieur D à fond incliné (2) vers un orifice de vidange (3), munie d'un couvercle (4) relié au corps de la cuve par une articulation (5) située du côté le moins profond de ladite cuve, et munie en outre d'un dispositif d'agitation constitué, d'une part, d'un arbre sensiblement vertical (6) se trouvant entre ladite articulation (5) et l'axe vertical de la cuve, à une distance e dudit axe, et, d'autre part, d'une pale (7) de diamètre d, caractérisé en ce que ladite pale (7) présente une zone centrale (Y) évidée sur sa partie supérieure de façon symétrique de part et d'autre de l'arbre (6), et deux zones d'extrémité (X) et (Z). 2. Refroidisseur de lait selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux zones d'extrémité (X) et (Z) sont parallèles entre elles et inclinées d'un angle oc par rapport à la zone évidée (Y). 3. Refroidisseur de lait selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport d / D vaut de 0,4 à 0,7. 4. Refroidisseur de lait selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'angle (a vaut de 5 à 30 . 5. Refroidisseur de lait selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rapport du rayon rx de la zone (X), respectivement du rayon rz de la zone (Z), au diamètre de la pale d vaut de 0,2 à 0,3. 6. Refroidisseur de lait selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le rapport de la hauteur hx de la zone (X), respectivement de la hauteur hz de la zone (Z), à la hauteur hy de la zone (Y) vaut de 2 à 50. 9 2776471 7. Refroidisseur de lait selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rapport e I D vaut de 0,15 à 0,25.