Brevet FR2793006A1 — publié le 20001103

La présente invention est relative à un procédé et une installation de refroidissement en continu d'une série de produits au moyen d'un fluide cryogénique. Elle s'applique notamment au croûtage de produits alimentaires en vue de leur tranchage, ou encore à la congélation totale de produits alimentaires. Le refroidissement en continu des produits s'effectue le plus souvent dans des tunnels cryogéniques. Les tunnels destinés à la congélation partielle fonctionnent sans régulation de température; le produit est déposé sur une surface froide qui, par contact, congèle uniquement la face inférieure du produit. La durée de contact avec la surface froide est déterminée empiriquement et est fonction de l'épaisseur à congeler. Dans le cas de la congélation totale, l'ambiance autour du produit est régulée en température. Cette température de régulation est déterminée empiriquement et elle permet, en fonction de la vitesse de déplacement du tapis sur lequel est posé le produit, d'obtenir à la sortie du tunnel un produit congelé. Dans tous les cas, les conditions d'injection du fluide cryogénique et de brassage des gaz froids, ainsi que la vitesse de déplacement du convoyeur, sont réglées en fonction de paramètres nominaux de fonctionnement de la chaîne de conditionnement située en aval. En cas d'arrêt de cette chaîne, les caractéristiques de la congélation ou du croûtage des produits varient, ce qui ne permet plus un fonctionnement optimal de la chaîne de conditionnement. L'invention a pour but de permettre d'obtenir en sortie, de façon économique, des températures en surface et à coeur relativement homogènes d'un produit à l'autre, dans une large gamme de fréquences et de durées d'arrêts de la chaîne de conditionnement située en aval. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de refroidissement en continu d'une série de produits au moyen d'un fluide cryogénique, caractérisé en ce que l'on fait circuler en continu chaque produit dans deux enceintes successives, à savoir une première enceinte puis une seconde enceinte, et on régule indépendamment l'une de l'autre les températures régnant dans les deux enceintes. Le procédé suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - on maintient la température de la première enceinte à une valeur sensiblement constante, et on régule la température de la seconde enceinte en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement réel d'au moins un poste de traitement des produits situé en aval de la seconde enceinte, - on régule la température de la seconde enceinte par action sur un ou plusieurs des paramètres suivants: l'injection du fluide cryogénique dans cette enceinte, le débit d'extraction des gaz froids hors de cette enceinte, l'intensité du brassage des gaz froids dans la seconde enceinte, et l'ouverture d'une porte de déchargement de cette enceinte, - on fait circuler les produits à la même vitesse à travers les deux enceintes, - on règle la vitesse de circulation des produits en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement réel d'au moins un poste de traitement des produits situé en aval de la seconde enceinte. L'invention a également pour objet une installation destinée à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cette installation est caractérisée en ce qu'elle comprend: - une première enceinte munie de premiers moyens de transport de produits, de premiers moyens d'injection de fluide cryogénique, et de premiers moyens de régulation de température, - une seconde enceinte munie de seconds moyens de transport de produits, de seconds moyens d'injection de fluide cryogénique, et de seconds moyens de régulation de température indépendants desdits premiers moyens de régulation de température; - un convoyeur d'amenée des produits; - des premiers moyens de transfert adaptés pour faire passer chaque produit du convoyeur d'amenée aux premiers moyens de transport; - des seconds moyens de transfert adaptés pour faire passer chaque produit des premiers moyens de transport aux seconds moyens de transport; - un convoyeur d'évacuation des produits; et des troisièmes moyens de transfert adaptés pour faire passer chaque produit desdits seconds moyens de transport au convoyeur d'évacuation. L'installation ainsi définie peut comporter ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - les premiers moyens de régulation de température sont adaptés pour maintenir dans la première enceinte une température sensiblement constante, tandis que les seconds moyens de régulation de température sont adaptés pour réguler la température de la seconde enceinte en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement réel d'au moins un poste de traitement des produits situé en aval de la seconde enceinte; - les premiers et seconds moyens de transport sont constitués par un unique convoyeur sans fin qui traverse deux ouvertures prévues dans une cloison de séparation des deux enceintes l'une de l'autre; - l'installation comprend des moyens de régulation de la vitesse du convoyeur sans fin en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement réel d'au moins un poste de traitement des produits situé en aval de la seconde enceinte; - chaque enceinte comporte une porte, respectivement d'entrée et de déchargement, munie de moyens d'ouverture au moment de chaque passage de produits et de fermeture au moins partielle entre ces passages; et - lesdits seconds moyens de régulation sont adaptés pour commander un ou plusieurs des paramètres suivants: l'injection de fluide cryogénique dans la seconde enceinte, la vitesse d'un ventilateur d'extraction des gaz froids hors de cette enceinte, la vitesse de ventilateurs de brassage des gaz froids dans la seconde enceinte, et le degré de fermeture de la porte de déchargement de cette enceinte. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique en perspective d'une installation de refroidissement conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique en perspective et en coupe verticale de cette installation, suivant la ligne II-II de la Fig. 1, les convoyeurs d'amenée et d'évacuation étant omis, - la Fig. 3 est une vue schématique en perspective de l'installation en fonctionnement, les parois des enceintes étant omises; et - la Fig. 4 représente une variante de ventilateur de brassage de gaz froids utilisable dans cette installation. L'installation représentée sur les Figs. 1 à 3 est destinée au croûtage de produits alimentaires 1, représenté sur la Fig. 3 sous forme de blocs parallélépipédiques. L'installation est constituée essentiellement d'une armoire de refroidissement 2 de forme générale parallélépipédique, flanquée sur une face 3 d'entrée d'un convoyeur 4 d'amenée des produits et, sur sa face opposée 5 de déchargement des produits, d'un convoyeur 6 d'évacuation. Les convoyeurs 4 et 6 sont parallèles entre eux et aux faces 3 et 5. L'armoire 2 comporte une enveloppe extérieure thermiquement isolante percée sur la face 3 d'une ouverture d'entrée 7 et sur la face 5 d'une ouverture de sortie ou de déchargement 8. Chaque ouverture est équipée d'une porte, respectivement 9, 10, qui peut être soulevée et abaissée au moyen d'un treuil motorisé respectif 11, 12. Les ouvertures 7 et 8 ont des dimensions légèrement supérieures aux dimensions correspondantes des produits 1. L'armoire 2 comporte également une cloison verticale médiane 13, parallèle aux faces 3 et 5, qui est thermiquement isolante et qui divise l'armoire en deux enceintes: une première enceinte 14 de précongélation, et une seconde enceinte 15 de refroidissement finale. La cloison 13 est percée d'une ouverture supérieure 16A et d'une ouverture inférieure 16B, toutes deux rectangulaires. Un convoyeur à bande sans fin 17 est monté dans l'armoire 2 sur quatre rouleaux de renvoi 18 disposés en rectangle. Ce convoyeur comporte un brin vertical ascendant 19 contenu dans l'enceinte 14, et un brin vertical descendant 20 contenu dans l'enceinte 15. Ces deux brins sont reliés d'une part par un tronçon de convoyeur supérieur 21 qui traverse l'ouverture 16A près du bord inférieur de celle-ci, et d'autre part par un tronçon de convoyeur inférieur 22 qui traverse l'ouverture 16B près du bord supérieur de celle-ci. Sur la face extérieure du convoyeur 17 sont fixées à intervalles réguliers des palettes rectangulaires 23 perpendiculaires à la surface de la bande. Ces palettes sont ainsi horizontales le long des deux brins verticaux, verticales et dirigées vers le haut sur le tronçon supérieur 21 et verticales et dirigées vers le bas sur le tronçon inférieur 22. Leurs dimensions sont légèrement inférieures à celles des ouvertures 16A et 16B. Une paroi verticale de fond 24 de l'armoire 2 est munie d'une première rangée verticale de ventilateurs 25 agencés dans l'enceinte 14 pour souffler dans l'ensemble perpendiculairement à cette paroi et au brin de convoyeur 19. La paroi 24 est également munie d'une autre rangée verticale de ventilateurs 25 agencés dans l'enceinte 15 pour souffler dans l'ensemble perpendiculairement à cette paroi et au brin de convoyeur 20. Les ventilateurs 25 sont tous du même type, les ventilateurs de la première rangée étant en nombre plus important (ici au nombre de quatre) que ceux de l'autre rangée (ici au nombre de deux). Chaque ventilateur est entraîné par un moteur respectif 26 fixé sur la face extérieure de la paroi 23 (voir Fig. 1). De façon avantageuse, conformément à la Fig. 4, on peut utiliser des ventilateurs à entraînement magnétique dont l'arbre ne traverse pas la paroi thermiquement isolante 23. La paroi 23 est également équipée de rampes 27, 28 d'injection d'un fluide cryogénique, qui peut être de l'azote liquide ou du CO2 (anhydride carbonique) liquide, respectivement dans l'enceinte 14 et dans l'enceinte 15. Comme schématisé sur la Fig. 3, ce fluide, provenant d'une source 29 via une ligne d'alimentation 30, est envoyé aux deux séries de rampes via deux embranchements 31, 32 munis de vannes d'arrêt respectives 33, 34. La paroi frontale de l'armoire 2 opposée à la paroi 23 est par ailleurs équipée de rampes 35, 36 (Fig. 3) d'envoi d'eau de nettoyage dans les enceintes 14 et 15 respectivement. La paroi supérieure 37 de l'armoire est munie d'un ventilateur 38 d'extraction de gaz froid hors des deux enceintes 14 et 15, entraîné par un moteur 39. Comme on le voit sur les Figures 1 et 3, le convoyeur 4 est muni, en regard de l'entrée de l'enceinte 14, d'un poussoir 40 déplaçable perpendiculairement au convoyeur et à la face 3 de l'armoire 2. De même, le convoyeur 6 est muni, en regard de la sortie de l'enceinte , d'un dispositif de déchargement (non représenté) à volet rabattable adapté pour pénétrer dans cette enceinte à travers l'ouverture 8, au-dessus d'un produit 1 qui se trouve en regard de cette ouverture, venir en prise au moyen dudit volet avec la face intérieure du produit, et tirer ce produit à travers l'ouverture 8 jusque sur le convoyeur 6. Un tel dispositif est décrit dans la demande de brevet français n 98 10 965. Comme indiqué en trait mixte sur la Figure 3, le convoyeur 6 est adapté pour délivrer les produits refroidis dans l'armoire 2 sur un autre convoyeur 41 qui les transporte dans un poste aval 42 de conditionnement, notamment de tranchage. L'installation comporte enfin une unité de commande électronique 43 qui reçoit des signaux d'information du poste 42 et qui envoie des signaux de commande à la vanne 34, au moteur 39, aux moteurs 36 des ventilateurs 25 et au treuil 12. L'unité 43 commande également les vitesses d'avance des trois convoyeurs 4, 6 et 17, lesquelles sont synchronisées entre elles et avec les mouvements du poussoir et du dispositif de déchargement des produits hors de l'armoire 2. On décrira maintenant le fonctionnement de l'installation. En régime normal, le convoyeur 41 avance à une certaine vitesse, et les vitesses des convoyeurs 4, 6 et 17 sont réglées en conséquence. Tous les ventilateurs, de brassage 25 et d'extraction de gaz froids 38, fonctionnent; du fluide cryogénique est injecté dans les deux enceintes 14 et 15; les vitesses des ventilateurs et les débits de ce fluide sont réglées pour que, compte tenu du temps de séjour des produits 1 dans chaque enceinte, les produits arrivent en regard de la sortie 8 avec des températures de surface et de coeur voisines de valeurs prédéterminées. Par exemple, pour une opération de croûtage des produits, ceci correspond à une température comprise entre -50 et -110 C dans l'enceinte 14 et entre 0 et -18 C dans l'enceinte 15. A chaque fois qu'un alvéole, défini par les deux palettes 23 inférieures du brin 19 du convoyeur 17, arrive en face de l'entrée 7, le treuil 11 ouvre la porte 9, et le poussoir 40 pousse un produit 1 à travers l'entrée 7 et jusque dans l'alvéole en question, après quoi la porte 9 est refermée. Simultanément, un produit 1 ayant terminé son refroidissement se trouve en regard de la sortie 8, le treuil 12 ouvre la porte 10, le dispositif de déchargement à volet précité vient saisir ce produit et le tire à travers la sortie 8 jusque sur le convoyeur 6, et la porte 10 est refermée. A partir de leur entrée dans l'enceinte 14, chaque produit 1 se déplace dans celle-ci le long du brin 20 jusqu'à un premier rouleau de renvoi supérieur 18 (à gauche sur la Figure 3). Là, il est basculé de 90 vers l'avant par la palette 23 qui le porte, il traverse l'ouverture supérieure de la cloison 13, puis il bascule de nouveau de 90 , de lui-même, au passage de l'autre rouleau de renvoi supérieur 18. Il descend ensuite le long du brin 20 jusqu'en regard de la sortie 8. Dans l'enceinte 14, chaque produit subit une précongélation, tandis que dans l'enceinte 15 il subit une fin de refroidissement qui amène ses températures de surface et de coeur aux valeurs finales désirées. En cas d'arrêt temporaire du poste 42, le convoyeur 41 s'arrête, de même que les convoyeurs 4, 6 et 17. Lors du redémarrage, qui intervient généralement après quelques minutes, un certain nombre de produits sont restés trop longtemps dans l'enceinte 14, de sorte qu'ils arrivent trop froids dans l'enceinte 15. Pour compenser ceci, dès l'arrêt des convoyeurs, sans modifier le fonctionnement des ventilateurs 25 de l'enceinte 14 ni l'injection de fluide cryogénique dans l'enceinte 14, et donc en maintenant une température sensiblement constante dans celle- ci, l'unité de commande 43 va modifier les paramètres de réglage de l'enceinte 15 de manière à réduire l'apport de froid dans cette enceinte, et ce d'autant plus que la durée de l'arrêt du poste 42 est plus longue. Par exemple, l'unité 43 va provoquer successivement et cumulativement: la fermeture de la vanne 34, et donc l'arrêt de l'injection du fluide cryogénique dans l'enceinte 15; - l'augmentation de la vitesse du ventilateur 38 d'extraction des gaz froids; - la réduction de la vitesse des ventilateurs de l'enceinte 15, et donc de l'intensité du brassage des gaz froids dans cette enceinte; et - l'ouverture progressive de la porte de déchargement 10, afin de laisser de l'air à température ambiante pénétrer dans l'enceinte 15. De cette manière, on peut obtenir à la sortie de l'armoire 2 des produits très homogènes dans une large gamme de périodes d'arrêt et de redémarrage du poste 42. Il est à noter que grâce au double basculement des produits au passage de l'enceinte 14 à l'enceinte 15, on obtient une bonne homogénéité du crotage ou de la congélation entre les faces supérieure et inférieure des produits. De plus, grâce au fait que le convoyeur 17 circule en circuit fermé dans les deux enceintes froides, sans jamais passer dans une région à la température ambiante, et grâce également aux ouvertures/fermetures des portes 9 et 10, le bilan frigorifique de l'installation est très favorable. REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement en continu d'une série de produits (1) au moyen d'un fluide cryogénique, caractérisé en ce que l'on fait circuler en continu chaque produit (1) dans deux enceintes successives, à savoir une première enceinte (14) puis une seconde enceinte (15), et on régule indépendamment l'une de l'autre les températures régnant dans les deux enceintes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on maintient la température de la première enceinte (14) à une valeur sensiblement constante, et on régule la température de la seconde enceinte (15) en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement réel d'au moins un poste de traitement des produits (42) situé en aval de la seconde enceinte. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on régule la température de la seconde enceinte (15) par action sur un ou plusieurs des paramètres suivants: l'injection du fluide cryogénique dans cette enceinte, le débit d'extraction des gaz froids hors de cette enceinte, l'intensité du brassage des gaz froids dans la seconde enceinte, et l'ouverture d'une porte de déchargement (10) de cette enceinte. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fait circuler les produits (1) à la même vitesse à travers les deux enceintes (14, 15). 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'on règle la vitesse de circulation des produits en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement réel d'au moins un poste de traitement des produits (42) situé en aval de la seconde enceinte. 6. Installation de refroidissement en continu d'une série de produits (1) au moyen d'un fluide cryogénique, caractérisée en ce qu'elle comprend: une première enceinte (14) munie de premiers moyens (19) de transport de produits (1), de premiers moyens il (27) d'injection de fluide cryogénique, et de premiers moyens de régulation de température, - une seconde enceinte (15) munie de seconds moyens (20) de transport de produits, de seconds moyens (28) d'injection de fluide cryogénique, et de seconds moyens de régulation de température indépendants desdits premiers moyens de régulation de température; - un convoyeur (4) d'amenée des produits; - des premiers moyens de transfert (40) adaptés pour faire passer chaque produit du convoyeur d'amenée aux premiers moyens de transport (19); - des seconds moyens de transfert (21) adaptés pour faire passer chaque produit des premiers moyens de transport (19) aux seconds moyens de transport (20); - un convoyeur (6) d'évacuation des produits; et des troisièmes moyens de transfert adaptés pour faire passer chaque produit desdits seconds moyens de transport (20) au convoyeur d'évacuation (6). 7. Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que les premiers moyens de régulation de température sont adaptés pour maintenir dans la première enceinte (14) une température sensiblement constante, tandis que les seconds moyens de régulation de température sont adaptés pour réguler la température de la seconde enceinte (15) en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement réel d'au moins un poste de traitement des produits (42) situé en aval de la seconde enceinte. 8. Installation suivant la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les premiers et seconds moyens de transport (19, 20) sont constitués par un unique convoyeur sans fin (17) qui traverse deux ouvertures (15, 16) prévues dans une cloison (13) de séparation des deux enceintes (14, ) l'une de l'autre. 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de régulation de la vitesse du convoyeur sans fin (17) en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement réel d'au moins un poste de traitement des produits (42) situé en aval de la seconde enceinte. 10. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que chaque enceinte (14,15) comporte une porte, respectivement d'entrée (9) et de déchargement (10), munie de moyens (11, 12) d'ouverture au moment de chaque passage de produits (1) et de fermeture au moins partielle entre ces passages. 11. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que lesdits seconds moyens de régulation sont adaptés pour commander un ou plusieurs des paramètres suivants: l'injection de fluide cryogénique dans la seconde enceinte (15), la vitesse d'un ventilateur (38) d'extraction des gaz froids hors de cette enceinte, la vitesse de ventilateurs (25) de brassage des gaz froids dans la seconde enceinte, et le degré de fermeture de la porte de déchargement (10) de cette enceinte.