Brevet FR2836398A1 — publié le 20030829

L'invention concerne la congélation de produits liquides ou pâteux sous forme de particules. Il est habituel de réaliser la congélation sous forme de particules sensiblement sphéroïdales de gouttes de produits liquides ou pâteux. On procède ainsi dans les domaines alimentaire et pharmaceutique sur des produits tels que des ferments lactiques, des composants pour crèmes glacées ou des acides gras. Après leur congélation, ces particules sont stockées à basse température en vue de leur utilisation ultérieure, ou subissent directement un traitement. Dans le cas des ferments lactiques, un tel traitement peut consister en une lyophilisation. En fonction des produits traités et de leurs utilisations envisagées, des particules de différents diamètres doivent être produites et congelées. Dans le cas des ferments lactiques, un diamètre de l'ordre de 3 à 5mm est le plus souvent recherché. Dans le cas des acides gras, le diamètre recherché est souvent de l'ordre de 500, um. Classiquement, les particules de diamètre élevé sont obtenues en faisant tomber goutte à goutte à partir d'une seringue le produit à congeler dans un courant d'azote liquide descendant sur un toboggan. En bas du toboggan, les particules congelées sont arrêtées par un filtre et recueillies. Les dimensions de la seringue, le débit de produit à sa sortie, la longueur et la géométrie du toboggan permettent de régler le diamètre des particules. Une telle installation nécessite une longueur de surgélation importante, conduisant à un encombrement pouvant être jugé excessif, d'autant qu'un dispositif de collecte et de renvoi de l'azote liquide en tête du toboggan est nécessaire. Les particules de diamètre faible sont, elles, obtenues en faisant vibrer un récipient contenant le produit à congeler, dont le fond est perforé par des petits trous. Sous l'effet des vibrations, le produit s'échappe du récipient sous forme de gouttelettes qui traversent ensuite une tour de refroidissement par un milieu gazeux, ou un bain d'azote liquide. Les particules congelées sont recueillies en bas de la tour, ou au fond du récipient d'azote liquide. Ce type d'installation présente une faible productivité, et il est strictement limité à la formation de particules de faible diamètre. Le but de l'invention est de proposer une installation de production de particules congelées qui soit polyvalente et peu encombrante, et présente une bonne productivité, tout en demeurant économique à l'investissement. A cet effet, l'invention a pour objet une installation de production de particules congelées à partir d'un produit initialement à l'état liquide ou pâteux, caractérisée en ce qu'elle comporte : - un récipient contenant un liquide réfrigérant pouvant assurer la congélation de gouttes du produit pour former les particules ; - un réservoir, équipé de moyens pour le mettre en rotation ; - des moyens pour introduire le produit à l'état liquide ou pâteux dans ledit réservoir ; - des moyens permettant audit produit de s'échapper du réservoir mis en rotation sous forme de gouttes tombant dans le liquide réfrigérant ; - et des moyens pour collecter et amener hors de l'installation lesdites particules formées à partir des gouttes après leur arrivée sur le fond du récipient. Lesdits moyens permettant audit produit de s'échapper du réservoir peuvent être constitués par au moins un orifice ménagé dans la paroi latérale du réservoir. Le ou lesdits orifices peuvent avoir une section circulaire, ou être en forme de fente. Lesdits moyens pour collecter et amener hors de l'installation lesdites particules peuvent comporter un orifice ménagé dans le fond du récipient, un canal latéral ascendant connecté audit orifice du fond, des moyens d'extraction des particules disposés dans ledit canal latéral ascendant, et une branche connectée à l'extrémité supérieure du canal latéral ascendant et débouchant hors de l'installation, et dans laquelle tombent lesdites particules. Lesdits moyens d'extraction des particules disposés dans le canal latéral ascendant peuvent comporter une vis sans fin entraînée en rotation. Lesdits moyens d'extraction des particules disposés dans le canal latéral peuvent comporter une bande transporteuse munie de traverses et des poulies assurant son défilement. Lesdits moyens pour collecter et amener hors de l'installation lesdites particules peuvent comporter un racleur comportant au moins une lame et des moyens pour lui faire balayer l'ensemble du fond du récipient, de manière à amener les particules dans l'orifice du fond du récipient. Comme on l'aura compris, l'invention repose d'abord sur l'utilisation, pour former les gouttes de produit à congeler, d'un élément rotatif pourvu de perforations. Le produit liquide ou pâteux est déposé sur cet élément rotatif et des gouttes d'un diamètre déterminé, fonction des caractéristiques du produit, du diamètre des perforations et de la vitesse de rotation de l'élément, s'échappent desdites perforations. Ces gouttes tombent dans un bain de liquide à basse température, typiquement de l'azote liquide, et se rassemblent dans le fond du récipient contenant le bain. Elles en sont extraites par un dispositif approprié, pouvant comporter une vis sans fin, ou une bande transporteuse sur laquelle sont définis des compartiments dans lesquels les particules sont retenues. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux figures annexées suivantes : - la figure 1 qui montre, vu en coupe transversale, un premier exemple de dispositif selon l'invention, - la figure 2 qui montre, vue en coupe transversale, un deuxième exemple de dispositif selon l'invention. L'installation selon l'invention représentée sur la figure 1 comporte un récipient 1 renfermant un liquide réfrigérant 2 tel que de l'azote liquide. Le récipient 1 est, dans l'exemple représenté, de forme générale tronconique avec l'extrémité de plus petit diamètre constituant un fond 3. L'extrémité de plus grand diamètre est recouverte par un couvercle 5. Le couvercle 5 comporte un orifice 6 permettant de laisser passer des moyens (non représentés) d'introduction d'un produit 7 liquide ou pâteux destiné à être congelé sous forme de particules 8 de forme sphérique ou approchante. Ce produit peut être, notamment, des ferments lactiques, des composants de crème glacée, des acides gras... Des moyens adaptés non représentés, tels que des joints, assurent l'étanchéité de l'installation au niveau de l'orifice 6 et des moyens d'introduction du produit 7, de manière à éviter des pertes thermiques et une vaporisation du liquide 2 excessives. Le produit 7 est introduit dans un réservoir rotatif 9, dont la paroi latérale 10 est perforée par une série d'orifices 11. La rotation du réservoir 9 est assurée par un moteur 12 entraînant un axe 13 solidaire du réservoir 9. Sous l'effet de la force centrifuge, le produit 7 s'échappe du réservoir 9 par les orifices 11, sous forme de gouttes 14 liquides ou pâteuses, et ces gouttes 14 tombent dans le bain de liquide réfrigérant 2. On confère optimalement au réservoir 9 et à ses orifices 11 une géométrie qui favorise l'envoi des gouttes 14 vers la surface 15 du bain 2. Ainsi, dans l'exemple représenté sur la figure 1, le réservoir 9 possède une forme approximativement tronconique avec un fond 16 relevé par rapport au bord inférieur 17 de sa paroi latérale. Lorsque les gouttes 14 rencontrent le bain 1, elles débutent leur congélation et descendent par gravité jusque sur le fond 3 du récipient 1. La durée de leur trajet dans le récipient 1 doit être suffisante pour qu'elles soient congelées sous forme de particules 8 au moment où elles touchent le fond 3, de sorte qu'une coalescence des gouttes rassemblées sur le fond 3 ne puisse se produire. On conserve ainsi aux particules 8 une taille sensiblement égale à celle des gouttes 14. Une fois parvenues sur le fond 3 du récipient 1, les particules 8 sont évacuées en continu du récipient 1. A cet effet, le récipient 1 est équipé d'un canal latéral ascendant 18 connecté au fond 3 par un orifice 19. Des moyens adaptés permettent d'amener les particules 8 dans l'orifice 19, de façon à les faire pénétrer dans le canal latéral ascendant 18. Cette fonction peut être assurée par une simple inclinaison du fond 3 du récipient 1 vers l'orifice 19. Mais optimalement, elle est assurée par des moyens mécaniques. Dans l'exemple représenté, ces moyens mécaniques sont constitués par une ou plusieurs lames 20,20'd'un racleur animé par un moteur 21 mettant en rotation lesdites lames 20,20'autour d'un axe, de manière à leur faire balayer l'ensemble du fond 3 du récipient 1. Les lames 20,20'poussent ainsi les particules 8 vers l'orifice 19. Le canal ascendant 18 est équipé, dans son espace intérieur, d'un dispositif d'extraction des particules 8. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, ce dispositif est constitué par une vis sans fin 22 entraînée en rotation par un moteur 23. La vis capte les particules 8 dans le fond du canal ascendant 18 et les fait remonter dans ledit canal 18. Vers le sommet du canal 18, au dessus de la surface 15 du fluide réfrigérant présent dans le canal 18, se trouve une branche 24 connectée au canal 18 et débouchant à l'extérieur du dispositif. Lorsque les particules 8, entraînées par la vis sans fin 22, atteignent l'entrée 25 de ladite branche latérale 24, elles tombent dans la branche latérale 24 et s'échappent ainsi de l'installation. Elles sont ensuite traitées selon les souhaits de l'utilisateur. Les vapeurs du liquide réfrigérant 2 sont extraites du récipient 1 par une conduite 26, et peuvent y être éventuellement réintroduites après condensation. L'exemple d'installation selon l'invention représenté sur la figure 2 se distingue de celui de la figure 1 par les caractéristiques suivantes, sachant que leurs éléments communs sont désignés par les mêmes références. En premier lieu, on a conféré au réservoir rotatif 9 la forme d'un simple bac muni d'un couvercle 27 évitant que le produit 10 ne déborde du réservoir 9. Les orifices 11 ménagés sur la paroi latérale du réservoir 9 sont de préférence orientés en direction de la surface 15 du liquide réfrigérant 2. En second lieu, la vis sans fin 22 est remplacée par une bande transporteuse 28 entraînée par des poulies 29,29'motorisées. La surface de la bande 28 est munie de traverses 30 définissant des compartiments 31, qui permettent de capter les particules 8 et de les entraîner jusqu'au sommet du canal 18, d'où elles tombent dans la branche latérale 24, puis à l'extérieur de l'installation. Bien entendu, le récipient 1 et la branche latérale 18 doivent avoir leurs parois bien calorifugées pour assurer des conditions thermiques optimales dans l'installation. Une circulation de fluide réfrigérant dans leurs parois peut ainsi être conseillée. La forme tronconique inversée du récipient 1 telle que représentée, sans être obligatoire, est conseillée en ce que : - elle permet de concentrer les particules 8 sur une relativement faible surface, ce qui facilite leur collecte et leur introduction dans le canal 18 ; - et la forme évasée vers le haut permet d'amortir les variations de niveau de la surface 15 de liquide réfrigérant dues au bouillonnement du liquide 2 provoqué par la congélation des gouttes 14 du produit 10. Le temps de séjour du produit 10 dans le liquide réfrigérant 2 peut être réglé par la combinaison de divers paramètres : hauteur de liquide 2 présent dans l'installation, vitesse de rotation des lames 20,20'du racleur si celui-ci est présent, vitesse de rotation de la vis sans fin 22 ou vitesse de déplacement de la bande transporteuse 28 (ou de tout dispositif fonctionnellement équivalent à ces deux exemples). Le temps de séjour peut, par exemple, varier entre 5 et 30s. De même, la taille des particules congelées 8 obtenues à partir des gouttes 14 peut être réglée au moyen, notamment (pour un produit 10 donné), de la vitesse de rotation impartie au réservoir 9 par le moteur 12 et du diamètre des orifices 11. La même installation peut ainsi permettre d'obtenir des particules 8 de diamètres très différents, sans devoir changer d'autre élément que le réservoir 9. En variante, au lieu d'orifices 11 circulaires, on peut ménager sur la paroi latérale du réservoir 11 une fente ou une série de fentes. On peut ainsi obtenir des particules de relativement grande dimension, avec toutefois une plus grande dispersion de tailles qu'avec des orifices 11 circulaires. Il va de soi qu'au lieu d'azote liquide, on peut utiliser un autre liquide 2 réfrigérant à basse température ne détériorant pas le produit 10 et apte à le congeler. Optimalement, on peut prévoir des possibilités de réglage de la position en hauteur de réservoir 10, de manière à pouvoir bien prendre en compte des variations du niveau de la surface 15 du liquide réfrigérant 2. Si les moyens d'introduction du produit 10 dans le réservoir rotatif 9 fonctionnent en continu, il est possible d'assurer un fonctionnement entièrement continu de l'installation. REVENDICATIONS 1. Installation de production de particules (8) congelées à partir d'un produit (10) initialement à l'état liquide ou pâteux, caractérisée en ce qu'elle comporte : - un récipient (1) contenant un liquide réfrigérant (2) pouvant assurer la congélation de gouttes (14) du produit (10) pour former les particules (8) ; - un réservoir (9), équipé de moyens (12,13) pour le mettre en rotation ; - des moyens pour introduire le produit (10) à l'état liquide ou pâteux dans ledit réservoir (9) ; - des moyens permettant audit produit (10) de s'échapper du réservoir (9) mis en rotation sous forme de gouttes (14) tombant dans le liquide réfrigérant (2) ; - et des moyens pour collecter et amener hors de l'installation lesdites particules (8) formées à partir des gouttes (14) après leur arrivée sur le fond (3) du récipient (1). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens permettant audit produit (10) de s'échapper du réservoir (9) sont constitués par au moins un orifice (11) ménagé dans la paroi latérale du réservoir (9). 3. Installation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou lesdits orifices (11) ont une section circulaire. 4. Installation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou lesdits orifices (11) sont en forme de fente. 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens pour collecter et amener hors de l'installation lesdites particules (8) comportent un orifice (19) ménagé dans le fond (3) du récipient (1), un canal latéral ascendant (18) connecté audit orifice (19) du fond (3), des moyens d'extraction des particules (8) disposés dans ledit canal latéral ascendant (18), et une branche (24) connectée à l'extrémité supérieure du canal latéral ascendant (18) et débouchant hors de l'installation, et dans laquelle tombent lesdites particules (8). 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens d'extraction des particules (8) disposés dans le canal latéral ascendant (18) comportent une vis sans fin (22) entraînée en rotation. 7. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens d'extraction des particules (8) disposés dans le canal latéral (18) comportent une bande transporteuse (28) munie de traverses (30) et des poulies (29,29') assurant son défilement. 8. Installation selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que lesdits moyens pour collecter et amener hors de l'installation lesdites particules (8) comportent un racleur comportant au moins une lame (20,20') et des moyens (21) pour lui faire balayer l'ensemble du fond (3) du récipient (1), de manière à amener les particules (8) dans l'orifice (19) du fond (3) du récipient (1).