Brevet FR2811068A1 — publié le 20020104

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement/réchauffage de produits alimentaires liquides tels que notamment des moûts ou des vins. On connait un certain nombre de dispositifs qui permettent de traiter par la chaleur ou par le froid de tels produits. On connaît ainsi par le brevet FR-A-2.599.379 un dispositif de réfrigération destiné à piloter en température une masse de vendange en cours de vinification. Dans un tel dispositif le fluide réfrigérant circule entre les éléments d'un échangeur rigide mobile qui sont disposés en série autour d'une couronne que l'on peut enfoncer dans la vendange ou au contraire soulever hors de la cuve. On connaît également par le brevet FR-A-2.570.389 un dispositif refroidisseur mobile pour le vin et le moût qui est constitué d'un échangeur tubulaire immergé dans une cuve isolée qui est remplie d'antigel et qui est refroidie ou chauffée par un ensemble frigorifique. Les différents dispositifs proposés dans l'état antérieur de la technique ne décrivent pas des moyens permettant à l'utilisateur de maintenir en état de fonctionnement de façon simple et efficace les échangeurs qui sont traversés par le vin ou par le moût. En effet, lors du traitement du vin par le froid, on sait qu'un dépôt tartrique se forme sur les parois internes des échangeurs ce qui entraîne une perte d'efficacité de ceux-ci. Lorsque les échangeurs sont constitués d'éléments coaxiaux en métal, généralement de l'acier inoxydable, le nettoyage s'effectue en circuit fermé au moyen d'une pompe, ce qui empêche l'utilisateur de contrôler visuellement l'efficacité du nettoyage effectué. Lorsque l'échangeur est constitué d'un élément multitubulaire à flasque boulonné, il ne peut recevoir que de l'eau ou du glycol alimentaire pour le refroidissement ou le chauffage. La présente invention a pour but d'éviter les principaux inconvénients précités en proposant un dispositif de refroidissement/chauffage pour liquides alimentaires faisant appel à au moins un échangeur dont le nettoyage est particulièrement facile et efficace à réaliser et dont le résultat peut être contrôlé visuellement par l'utilisateur. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de refroidissement/réchauffage d'un liquide alimentaire, tel que notamment du moût ou du vin, au moyen d'une pompe à chaleur comprenant au moins un compresseur, au moins un évaporateur et au moins un condenseur caractérisé en ce que l'évaporateur et/ou le condenseur est constitué d'un échangeur spiralé formé de deux éléments de tôles écartés, formant un premier circuit de l'échangeur, qui sont enroulés sur eux- mêmes, l'espace interspire de l'enroulement formant le second circuit de l'échangeur, cet enroulement étant contenu dans une enceinte cylindrique dont l'axe central et longitudinal est parallèle à celui de l'enroulement et qui est disposé verticalement, cette enceinte étant fermée à sa partie inférieure et à sa partie supérieure par des moyens d'obturation indépendants. Un tel échangeur qui, suivant l'invention, peut être utilisé aussi bien en évaporateur qu'en condenseur est particulièrement intéressant en ce qu'il peut être nettoyé de deux façons différentes. Les moyens d'obturation pourront être constitués de flasques boulonnés sur des éléments de préhension de l'enceinte. En effet, cet échangeur lorsque l'on ouvre ses moyens d'obturation supérieurs, peut recevoir dans le second circuit, à savoir le circuit interspires, un produit apte à effectuer un détartrage chimique du dépôt tartrique qui se produit sur ses parois internes. Cette action chimique de décapage étant effectuée, il est alors possible à l'utilisateur d'ouvrir le flasque inférieur ce qui permet alors de compléter ce nettoyage, par exemple par l'action d'un nettoyeur sous pression. De plus, le second circuit étant formé par l'espace compris entre les différentes spires de l'enroulement, il est alors possible d'utiliser des balais de nettoyage de type écouvillon qui sont en mesure de traverser l'échangeur de sa partie supérieure à sa partie inférieure et d'être déplacés ensuite dans le sens de l'enroulement à l'intérieur de l'espace interspire. Le dispositif suivant l'invention peut être utilisé soit pour refroidir le liquide alimentaire soit au contraire pour réchauffer celui-ci. Lorsque le dispositif est utilisé en tant que refroidisseur, l'échangeur de type spiralé constitue alors l'évaporateur et lorsqu'il est utilisé en tant que réchauffeur, l'échangeur sera alors utilisé en tant que condenseur, le basculement entre ces deux modes de fonctionnement étant assuré par une électrovanne. Suivant l'invention on peut également utiliser deux échangeurs de type spiralé en parallèle, ce qui permet de procéder au nettoyage de l'un de ceux-ci alors que l'autre se trouve en fonctionnement, un tel mode de mise en oeuvre permettant d'éviter d'interrompre le traitement du liquide. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention le dispositif pourra comporter un circuit commandé permettant d'établir une liaison directe et temporaire entre la sortie du compresseur et l'entrée de l'évaporateur. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un échangeur mis en oeuvre dans le dispositif de refroidissement/chauffage suivant l'invention. La figure la est une vue partielle avant enroulement de deux tôles métalliques constituant l'échangeur. La figure 2 est une vue en coupe transversale agrandie d'un élément spiralé de l'échangeur représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de refroidissement/chauffage d'un liquide alimentaire suivant l'invention en configuration de refroidissement de ce liquide. La figure 4 est une vue du dispositif de refroidissement/chauffage suivant l'invention dans une configuration de réchauffage du liquide alimentaire. Le dispositif suivant l'invention utilise un échangeur qui est représenté en détails sur la figure 1. Cet échangeur 1 est constitué d'une enceinte cylindrique 3 d'axe yy' vertical qui comporte à sa partie supérieure et à sa partie inférieure une collerette 5 qui sert à supporter respectivement un couvercle 7 et un fond 9 dont la fixation est assurée sur celle-ci au moyen de boulons et de moyens d'étanchéité non représentés sur le dessin. L'enceinte 3 comporte, à sa partie supérieure, un tube 11 et à sa partie inférieure un tube 13 qui assurent la communication avec l'intérieur de l'enceinte. A l'intérieur de l'enceinte 3, on a disposé un élément spiralé 14 qui est constitué à partir de deux plaques de tôles 10,10' (figure la) qui sont maintenues écartées l'une de l'autre à une certaine distance d au moyen de picots 12 formés par déformation de la tôle 10'. Cet ensemble de deux tôles 10,10' écartées est enroulé de façon à constituer une série de spires qui sont elles-mêmes maintenues écartées les unes des autres. Après soudage des éléments de tôles, on obtient un premier circuit qui est constitué par l'espace compris entre les tôles 10 et 10' (représenté doublement hachuré sur la figure 2) et un second circuit qui est formé par l'espace existant entre les spires (non hachuré sur la figure 2). Des tubes 15 et 17 sont en communication avec les extrémités du premier circuit compris entre les deux plaques de tôles 10 et 10', et l'accès au second circuit, à savoir celui compris entre les spires, se fait au moyen des tubes inférieur 11 et supérieur 13 prévus sur l'enceinte 3. A cet effet des joints d'étanchéité 6 et 8 sont prévus entre l'élément spiralé 14 et la surface interne de l'enceinte 3 afin de forcer le liquide arrivant par l'un des tubes 11 ou 13 à traverser le second circuit et à ressortir par l'autre tube. Un tel échangeur est particulièrement intéressant pour constituer, dans une pompe à chaleur du type de celle représentée sur les figures 3 et 4, soit l'évaporateur de celle-ci soit son condenseur suivant l'utilisation que l'on souhaite faire. Il peut notamment assurer le refroidissement ou le chauffage d'un liquide alimentaire tel que notamment des vins ou des moûts et être facilement nettoyable des dépôts laissés sur ses parois par ce type de produit. On sait en effet qu'à l'occasion du traitement du vin par le froid un dépôt tartrique se forme sur les parois internes de l'échangeur ce qui entraîne à terme une perte de l'efficacité de celui-ci. Or, un tel dépôt tartrique est particulièrement résistant et donc difficile à éliminer. Le présent échangeur permet d'assurer un nettoyage facile et efficace des parois en contact avec les différents liquides. En effet, l'échangeur 1 permet de mettre en oeuvre deux types de nettoyages à savoir d'une part un nettoyage par bain et d'autre part un nettoyage par jets d'eau sous pression. Dans le cas d'un nettoyage par bain, on ôtera le couvercle 7 de l'échangeur, ce qui permettra d'introduire à l'intérieur du volume de celui-ci un produit décapant que l'on laissera agir sur le dépôt tartrique pendant le temps requis. Pour effectuer un nettoyage par jets d'eau sous pression de l'échangeur, on démontera le fond 9 de celui-ci et l'on pourra appliquer le jet d'eau sous pression à la partie supérieure de l'échangeur. L'enroulement de celui-ci ayant été effectué autour de l'axe yy' vertical les parois 10 et 10' de l'élément spiralé 14 se trouvent ainsi verticales ce qui permet une grande efficacité de l'eau de rinçage sous pression puisque celui-ci peut traverser l'élément 14 de part en part. Cette disposition des parois de l'enroulement permet même à l'utilisateur d'introduire un écouvillon entre les spires de l'enroulement ce qui permet d'améliorer le nettoyage de celui- ci. On a représenté sur la figure 3 une pompe à chaleur dans laquelle l'échangeur 1 représenté sur la figure 1 est utilisé en tant qu'évaporateur. Cette installation comprend ainsi un compresseur 20 dont la sortie 20b est reliée à l'entrée 22a d'un condenseur 22 et ceci par intermédiaire d'une électrovanne à quatre voies 24. Cette électrovanne comporte une entrée a et trois sorties b,c,d. L'agencement interne de cette électrovanne permet de relier l'entrée a soit à la sortie d, ainsi que représenté sur la figure 3, soit à la sortie b, ainsi que représenté sur la figure 4. La sortie 22b du condenseur 22 est reliée à une entrée de l'échangeur 1 constituant l'évaporateur à savoir le tube inférieur 17 qui donne accès au premier circuit de l'élément spiralé 14. Le liquide frigorigène parcoure ainsi le circuit prévu entre les tôles 10,10' de l'échangeur pour ressortir par le tube supérieur 15 et retourner à l'entrée 20a du compresseur 20 en passant par les bornes de sortie b et c de l'électrovanne 24. Le liquide alimentaire dont on souhaite modifier la température, est introduit dans l'échangeur 1 par la partie supérieure de celui-ci, à savoir par le tube 11, et après que celui-ci ait parcouru le second circuit de l'échangeur, à savoir celui compris entre les différentes spires de l'enroulement, il ressort par le tube supérieur 13. On a en effet constaté que l'échange thermique optimal obtenu entre le liquide frigorigène parcourant le second circuit et le liquide à traiter parcourant le premier circuit était optimal lorsque ces deux fluides parcouraient l'échangeur en sens inverse. Dans la configuration représentée sur la figure 1, l'échangeur 1 constitue l'évaporateur de la pompe à chaleur, si bien que le liquide à traiter subit un refroidissement au cours de son passage dans l'échangeur. Lorsque l'on souhaite réchauffer le liquide alimentaire, on utilise alors l'échangeur 1 non plus en évaporateur mais en condenseur. Pour ce faire, ainsi que représenté sur la figure 4, on bascule l'électrovanne 24 de façon que son entrée a soit reliée à sa sortie b et que les deux sorties c et d soient connectées ensemble. Dans ces conditions, on voit que la sortie 20b du compresseur 20 se trouve alors reliée à l'évaporateur 1 faisant fonctionner celui-ci en condenseur. Le dispositif suivant l'invention permet également d'éviter le givrage de l'échangeur 1 lorsque celui-ci est utilisé en tant qu'évaporateur, ainsi que représenté sur la figure 3. A cet effet, l'installation comprend une canalisation 26 qui relie la sortie 20b du compresseur 20 à l'entrée 17 de l'évaporateur, ce qui permet d'amener à celui- ci les gaz chauds provenant du compresseur et de contrôler ainsi le dégivrage de ce dernier. Ce contrôle peut être effectué de façon automatique à l'aide d'un thermostat disposé dans l'échangeur 1 et qui, lorsque la température dans celui- ci descend en dessous d'un certain seuil déterminé pour lequel il y a un risque de givrage, commande le déclenchement d'une électrovanne 28 autorisant le passage d'une partie des gaz chauds dans la canalisation 26. On peut bien entendu, suivant l'invention, utiliser un condenseur 22 formé d'un échangeur spiralé du même type que l'échangeur 1. Une telle disposition permet à la fois de refroidir le liquide alimentaire parcourant l'échangeur formant évaporateur et de réchauffer un autre liquide alimentaire parcourant l'échangeur formant condenseur. On peut également suivant l'invention constituer un condenseur formé à la fois d'un échangeur spiralé 1 et d'un condenseur de type classique notamment constitué d'un échangeur à ailettes et ceci en fonction des opérations à effectuer. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de refroidissement/réchauffage d'un liquide alimentaire, tel que notamment du moût ou du vin, au moyen d'une pompe à chaleur comprenant au moins un compresseur (20), au moins un évaporateur (1,22) et au moins un condenseur (22,1) caractérisé en ce que l'évaporateur (1, 22) et/ou le condenseur (22,1) est constitué d'un échangeur spiralé (1) formé de deux éléments de tôles (10,10') écartés, formant un premier circuit de l'échangeur, qui sont enroulés sur eux- mêmes, l'espace interspire de l'enroulement formant le second circuit de l'échangeur, cet enroulement étant contenu dans une enceinte cylindrique (3) dont l'axe (yy') est parallèle à celui de l'enroulement et qui est disposé verticalement, cette enceinte (3) étant fermée à sa partie inférieure et à sa partie supérieure par des moyens d'obturation indépendants (7,9). 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'obturation sont constitués de flasques (7,9) boulonnés sur des éléments de préhension (5) de l'enceinte (3). 3.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un circuit commandé permettant d'établir une liaison directe et temporaire entre la sortie (20b) du compresseur (20) et l'entrée (15) de l'évaporateur (1). 4.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend deux échangeurs l spiralés, l'un jouant le rôle d'évaporateur et l'autre celui de condenseur. 5.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend deux condenseurs associés l'un au moins étant constitué d'un échangeur spiralé. 6.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le fluide frigorigène et le fluide à traiter traversent l'évaporateur et/ou le condenseur en sens inverse l'un de l'autre. DIS 233