Brevet FR2859075A1 — publié le 20050304

DISPOSITIF DE DISTRIBUTION D'ECOULEMENT POUR UNE EXTRUDEUSE L'invention concerne des filières de refroidissement et leur utilisation en association avec des extrudeuses alimentaires dans la fabrication de produits alimentaires protéiques texturés et concerne un dispositif de distribution d'écoulement, pouvant être utilisé pour diriger l'écoulement de la sortie d'une extrudeuse alimentaire vers l'entrée d'une filière de refroidissement à canaux multiples. En particulier, cette invention concerne un dispositif, conçu pour améliorer l'efficacité du fonctionnement de la filière de refroidissement et agissant également pour favoriser l'obtention d'une distribution uniforme de l'écoulement d'extrudat dans chacun des canaux de la filière de refroidissement. Dans le domaine de la fabrication d'aliments commerciaux, en particulier dans le domaine de la fabrication d'aliments commerciaux pour animaux domestiques, on souhaite souvent produire un analogue de viande à faible coût, pour l'inclusion dans une matrice alimentaire, afin d'assurer que le produit alimentaire ait un aspect "carné" authentique, sans impliquer le coût en matières premières élevé, associé à une chair musculaire. Un procédé particulièrement efficace pour produire un tel équivalent carné est décrit dans la demande de brevet WO 00/69276, déposée par Effem Foods Pty Ltd. Le procédé décrit dans ce document implique l'utilisation d'une filière de refroidissement pour effectuer une solidification graduelle d'un extrudat à base de protéines à haute teneur en humidité, de manière à créer une texture interne "fibreuse". Bien sûr, une limitation à l'usage commercial de la filière de refroidissement dans les applications d'extrusion à haute teneur en humidité a été que de telles filières de refroidissement tendent à ne pas être en mesure de satisfaire aux débits d'extrudat plus élevés qui sont nécessaires lorsqu'on fabrique un produit alimentaire à une échelle commerciale, par exemple à un débit supérieur à 200 kg de produits par heure par unité d'extrusion. Pour surmonter ce problème, il est par conséquent devenu nécessaire d'améliorer l'efficacité globale des filières de refroidissement d'extrudat. Une conception améliorée de ce type est décrite dans la demande de brevet WO 01/49474, déposée par Effem Foods Pty Ltd. Ce document décrit une filière de refroidissement à canaux multiples, capable de produire un extrudat à haute teneur en humidité, texturé, à des débits masse globaux, autour d'une tonne par heure et par unité d'extrusion. \\HIRSCH6\BREVETS\Brevets\22900\22949.doc - 26 août 2004 - 1/10 Cependant, un problème potentiel se pose avec les filières de refroidissement à canaux multiples, dans lesquelles un écoulement de produit unique sortant de l'extrudeuse est divisé en une pluralité de flux d'écoulement individuels à l'entrée dans la filière de refroidissement. La qualité du produit pouvant être atteinte dans chacun des canaux de refroidissement d'extrudat dépend à un large degré du fait de pouvoir s'assurer d'une distribution relativement uniforme des débits entre et à l'intérieur de chacun des canaux individuels. Lorsqu'une filière à canaux multiples fabriquée selon le document WO 01/49474 est en fonctionnement, on a observé que des variations pouvaient se produire dans le débit d'extrudat passant par chacun des canaux individuels dans la filière de refroidissement, en particulier durant les opérations effectuées à haut débit. Il a été suggéré dans le document WO 01/49474 que, là où une distribution d'écoulement uniforme parmi les canaux est un point critique, il pouvait être bénéfique de placer une certaine forme de dispositif de restriction d'écoulement entre la sortie de l'extrudeuse et l'entrée de la filière de refroidissement. L'intention est de produire une chute de pression au passage de cette transition. Par conséquent, si le dispositif de restriction de pression produit des canaux qui sont alignés précisément avec les canaux de filière de refroidissement et qui présentent des restrictions identiques à l'écoulement à chaque canal, l'écoulement d'extrudat passant par chaque canal du dispositif de restriction d'écoulement va être pratiquement identique, favorisant de cette manière l'obtention d'un écoulement relativement uniforme dans chacun des canaux de filière de refroidissement. Cependant, un inconvénient rencontré avec un tel système est celui selon lequel du matériau d'extrudat, du type requis pour la production de certains produits alimentaires du commerce pour animaux domestiques, commence à se solidifier en quittant l'extrudeuse. Étant donné qu'un écoulement laminaire uni-directionnel est souhaitable durant le processus de solidification, afin de produire la structure interne visée, le fait de forcer un tel matériau partiellement solidifié à passer par une restriction d'écoulement va tendre à perturber ou interrompre les structures déjà formées et à introduire un écoulement turbulent dans le composant encore liquide de l'extrudat. Ceci a comme effet de détruire les structures déjà formées, qui doivent ensuite être reformées afin d'obtenir la texture interne laminaire souhaitée. Une solution évidente à ce problème consiste à assurer que la température de l'extrudat quittant l'extrudeuse soit à un haut niveau, suffisant, par exemple de 180 C, de manière à empêcher qu'une solidification partielle ne commence à se produire, jusqu'à ce qu'il soit passé par la restriction, et à obtenir un passage en un écoulement relativement laminaire à l'intérieur du corps de la filière de refroidissement. Cependant, une telle solution est d'un avantage pratique relativement limité en ce \\HIRSCH6\BREVETS\Brevets\22900\22949.doc - 26 août 2004 - 2/10 que, bien sûr, la présentation de la filière de refroidissement avec un produit alimentaire de température considérablement élevée augmente grandement le besoin de refroidissement requis de la filière de refroidissement. Ceci à son tour va avoir comme effet de réduire le débit maximal pouvant être traité par la filière de refroidissement, tout en fournissant encore un produit de qualité acceptable, qui tendrait à manquer le but consistant à fournir une filière de refroidissement dont l'efficacité soit augmentée. En plus, le chauffage de l'extrudat, à des températures plus élevées que celles strictement nécessaires pour le traitement par extrusion, va tendre à brûler localement Io du produit. Par conséquent, un but de la présente invention est de fournir un dispositif ou un agencement permettant d'avoir un chemin d'écoulement d'extrudat modifié entre une extrudeuse alimentaire et une filière de refroidissement à canaux multiples qui favorise l'amélioration de l'efficacité de production de matériaux via l'extrudeuse et le système de filière de refroidissement. Un autre but de l'invention est de fournir un chemin d'écoulement d'extrudat modifié, qui favorise l'obtention d'une distribution d'écoulement uniforme parmi la totalité des canaux de filière de refroidissement. RÉSUME DE L'INVENTION Selon un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de distribution d'écoulement de sortie d'extrudeuse, pour utilisation dans le transfert de matériaux alimentaires extrudés à haute teneur en humidité depuis une extrudeuse, l'extrudeuse comprenant une ou plusieurs vis d'extrusion, à l'entrée d'une filière de refroidissement à canaux multiples, ledit dispositif de distribution d'écoulement ayant un passage d'extrudat interne définissant un chemin d'écoulement pour tout élément donné d'extrudat passant de la sortie de l'extrudeuse à l'entrée de ladite filière de refroidissement, dans lequel, le rapport entre la longueur dudit chemin d'écoulement d'extrudat à travers ledit passage, et la valeur du diamètre extérieur de n'importe laquelle des vis d'extrusion individuelles, est supérieur à environ 0,75:1. De préférence, le rapport est supérieur à environ 1,2:1 et, plus avantageusement encore est supérieur à environ 1,7:1. L'avantage significatif fournit par l'invention est que l'augmentation de longueur et de volume du passage, entre l'extrudeuse et la filière de refroidissement, permet à l'extrudat, qui peut être soumis à une solidification préliminaire, de conserver un écoulement laminaire sensiblement uni-directionnel. Par conséquent, les structures souhaitables, qui peuvent être formées dans l'extrudat, ne sont pas soumises à un écoulement turbulent destructif, qui nécessiterait le fonctionnement de \\HIRSCH6\BREVETS\Brevets\22900\22949.doc - 26 août 2004 - 3/10 l'extrudeuse à des températures de valeur élevée inefficaces, tel qu'esquissé dans la discussion au sujet de l'art antérieur. Par exemple, pour une formulation d'extrudat donnée, dans laquelle un système d'art antérieur a été utilisé, la filière de refroidissement peut devoir réduire la température d'extrudat, de 160 C à moins de 100 C, ce qui est une réduction supérieure à 60 C. Cependant, par utilisation de l'invention, via par exemple un dispositif de distribution d'écoulement, installé entre une extrudeuse et une filière de refroidissement à canaux multiples, la température d'extrudat à la sortie de l'extrudeuse peut être fixée à 120 C. Par conséquent, la filière de refroidissement réduit seulement la température d'extrudat d'environ 20 C. Ceci permet efficacement une augmentation de débit d'extrudat global d'une valeur de 200 %, et favorise la réduction de l'incidence du brûlage des produits. De préférence, le profil interne du passage est de section transversale sensiblement ovoïde. De façon plus préférable, le passage constitue un goulot ou constriction intermédiaire dans lequel avantageusement la dimension interne maximale dudit goulot ou constriction n'est pas supérieure à la dimension minimale de la sortie d'extrudeuse. L'avantage particulier, recherché par le goulot, fait qu'il assure que la longueur du chemin d'écoulement d'un élément quelconque d'extrudat, allant dudit goulot jusqu'au point d'entrée d'un canal d'extrudat donné quelconque dans la filière de refroidissement, est sensiblement identique. Ceci à son tour favorise l'obtention d'un écoulement non turbulent, très uniforme. Un mode de réalisation particulièrement avantageux est proposé, dans lequel ledit passage est défini par le profil interne d'un élément de liaison creux, ledit élément de liaison incluant un orifice d'entrée d'extrudat, adapté pour liaison à la sortie d'une extrudeuse; un orifice de sortie d'extrudat, adapté pour liaison à l'entrée d'une filière de refroidissement, et une partie de transition d'extrudat en situation intermédiaire. Le profil interne en section longitudinale de ladite partie de transition peut être caractérisé par deux zones: la première zone constituant, observée en profil, une transition curviligne progressive entre les dimensions approximatives de la sortie d'extrudeuse et un goulot ou constriction circulaire ou ovoïde de diamètre minimal, non supérieur au diamètre minimal de ladite sortie d'extrudeuse; ladite deuxième zone constituant, observée en profil, une expansion curviligne progressive dudit goulot circulaire aux dimensions approximatives de ladite entrée de filière de refroidissement. Un avantage particulier, apporté par la courbure progressive desdites surfaces internes, est qu'elle favorise la réduction de l'incidence des 'points morts' d'écoulement, auxquels un écoulement turbulent peut se développer et qui peut amener à brûler le produit. \\HIRSCH6IBREVETS\Brevets\22900\22949.doc - 26 août 2004 - 4/I0 Ce profil aide à assurer que le débit relatif d'extrudat soit distribué uniformément à chacun des canaux et distribué uniformément à l'intérieur des canaux dans la filière de refroidissement à canaux multiples. Un mode de réalisation particulièrement préférable est fourni lorsqu'une pièce de nez est disposée centralement sur l'entrée de ladite filière de refroidissement et à l'intérieur de ladite deuxième zone, de manière à être pointée en direction dudit goulot ou constriction, et dans lequel ladite pièce donnée constitue une surface extérieure qui, observée en profil, est à peu près parallèle à la surface intérieure de ladite deuxième zone, pour forcer l'extrudat qui s'écoule à le faire en direction des orifices individuels d'entrée de filière de refroidissement, dans un canal annulaire d'un diamètre global allant progressivement en augmentant, mais avec une largeur de canal sensiblement constante. Ce mode de réalisation contribue en outre à l'objectif selon lequel une longueur de chemin d'écoulement effectif, pour l'extrudat s'écoulant depuis le goulot vers un canal de filière de refroidissement individuel quelconque, peut être à peu près identique, ce qui favorise grandement l'obtention d'une distribution uniforme d'écoulement d'extrudat parmi la totalité desdits canaux. Selon un autre aspect de l'invention, il est fourni un produit alimentaire extrudé, produit via l'agencement du dispositif de distribution d'écoulement décrit ci-dessus. Selon un autre aspect de l'invention, il est fourni une ligne de production d'aliment extrudé, incorporant le dispositif de distribution d'écoulement décrit ci-dessus. On va à présent décrire, à titre d'exemple non limitatif spécifique, un mode de réalisation préféré de l'invention, en faisant référence aux figures. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif de distribution d'écoulement selon l'invention, tel qu'observé depuis l'extrémité qui serait reliée à l'entrée d'une filière de refroidissement circulaire. La figure 2 représente le dispositif de distribution d'écoulement de la filière 1, observé depuis l'extrémité qui serait reliée à l'extrémité de sortie d'une extrudeuse à vis jumelles. La figure 3 représente le dispositif de distribution d'écoulement de la figure 1, mais la plaque d'entrée de ladite filière de refroidissement étant rapportée, en position. La figure 4 représente une vue en coupe schématique d'un dispositif de distribution d'écoulement selon l'invention, connecté à une extrudeuse à vis jumelles et une filière de refroidissement à canaux multiples. 1\HIRSCH6\BREVETS\Brevets\22900\22949.doc - 26 août 2004 - 5/10 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION PREFERE En référence d'abord à la figure 1, il est illustré un dispositif de distribution d'écoulement 5, constitué d'un passage d'extrudat 10 défini par une surface interne de profil curviligne, une bride de connexion d'extrudeuse 15 et une bride de connexion de filière de refroidissement 20. On notera que, pendant le fonctionnement, l'extrudat 42 va pénétrer dans le dispositif 5, via la bride de connexion d'extrudeuse 15, va cheminer à travers le dispositif 5 dans la direction de la flèche 25 et va sortir du dispositif 5 et passer dans la filière de refroidissement 50, via la bride de liaison de filière de refroidissement 20. La figure 2 représente les mêmes caractéristiques depuis l'extrémité opposée du dispositif 5. Le dispositif de distribution d'écoulement 5, en fonctionnement, est relié directement à la sortie d'une extrudeuse alimentaire 45, à vis jumelles de transport, par exemple, du type commercialisé par Bühler AG, 9240 Uzwil, Suisse, via ladite bride de sortie d'extrudeuse 30. Elle est reliée de façon similaire à une filière de refroidissement 50 à canaux multiples, dont les canaux d'écoulement d'extrudat 40 sont agencés radialement autour d'un axe circulaire, par exemple tel que décrit dans la demande de brevet WO 01/49474, via ladite bride d'entrée 35 de la filière de refroidissement. Cette fixation est partiellement indiquée sur la figure 3, dans laquelle la position des canaux d'écoulement d'extrudat 40 est également indiquée. La vue en coupe, représentée sur la figure 4, illustre la structure du dispositif 5 et ses principales caractéristiques opérationnelles en particulier sa géométrie interne. Le dispositif 5 est représenté fixé à une extrudeuse à vis jumelles, comprenant des vis de compression 38 de diamètre approximatif D et à une filière de refroidissement 50 à canaux multiples. Les positions des canaux d'écoulement d'extrudat 40 sont représentées. En particulier, il est à noter que la longueur du chemin d'écoulement d'extrudat L typique, par rapport au diamètre D, est supérieure à environ 1,7:1. L'Homme du métier et en particulier les personnes familiarisées avec l'écoulement des fluides d'extrudeuse comprendront que la longueur relative de ce chemin d'écoulement favorisera grandement l'obtention d'un écoulement laminaire d'extrudat 42 à travers le dispositif 5 et à l'introduction dans les canaux 40. Le dispositif 5 est caractérisé par trois zones principales: une zone de restriction d'écoulement 55, dont le diamètre interne diminue globalement en évoluant dans la direction de l'écoulement et qui, également, transforme le profil interne du dispositif 5, passant d'une forme ovoïde (coïncidant avec la sortie de l'extrudeuse) à une forme sensiblement circulaire; un goulot 60 d'un profil sensiblement circulaire, auquel le diamètre interne global minimal est atteint; et une zone d'expansion 65 dans laquelle le diamètre interne global augmente (de façon \\FIIRSCH6\BREVETS\Brevets\22900\22949.doc - 26 ao0t 2004 - 6/10 progressivement moins rapide) en évoluant dans la direction de l'écoulement d'extrudat. L'extrudat 42 sortant des vis 38 de l'extrudeuse va tendre à être engagé dans un écoulement turbulent. Le goulot 60 comprime ce matériau et, se faisant, tend à réduire la turbulence relative de l'écoulement. En plus, la transformation du profil interne, passant d'ovoïde à circulaire, tend à approximativement égaliser la longueur des chemins d'écoulement d'un élément quelconque de l'extrudat 42 entre le goulot 60 et la filière de refroidissement 50, ce qui favorise le maintien d'un écoulement laminaire uniforme et ce qui aide à assurer l'obtention d'une distribution radiale uniforme d'écoulement à tous les canaux d'extrudat 40 de la filière de refroidissement. Une pièce de nez 70, ayant un profil à peu près parabolique, est placée à l'intérieur du dispositif 5, alignée avec l'axe du dispositif 5. Elle est placée au centre de la face d'entrée de la filière de refroidissement 50. Le diamètre externe global de la surface 75 de la pièce de nez 70 augmente (de façon progressivement moins rapide) en évoluant dans la direction de l'écoulement d'extrudat. L'effet de la forme et du positionnement de cette pièce de nez 70 est que l'extrudat 42 est forcé à s'écouler à travers un canal annulaire, dont le diamètre global augmente en évoluant dans la direction de l'écoulement d'extrudat, mais dont la largeur annulaire reste sensiblement constante pour au moins une partie substantielle de la zone d'expansion 65. L'effet pratique de cet agencement est que l'extrudat 42 s'écoulant dans le canal annulaire tend largement à devenir un écoulement sensiblement laminaire, en opposition à l'écoulement turbulent, avec les avantages afférents, au niveau de la formation de la texture souhaitée dans le produit final. En plus, il est préférable que la largeur annulaire finale du canal, au niveau de la sortie du dispositif 5, soit à peu près égale à la hauteur des canaux d'extrudat 40 dans la filière de refroidissement 50, pour assurer en outre que l'écoulement laminaire, établi dans le dispositif 5, soit sensiblement conservé dans la filière de refroidissement 50. Il va être évident à l'Homme du métier que les caractéristiques essentielles de l'invention peuvent être mises en oeuvre par de nombreuses autres configurations physiques et que l'exemple donné ci- dessus constitue seulement un de ces modes de réalisation. \\HIRSCH6\BREVETS\Brevets\22900\22949.doc - 26 août 2004 - 7/10 REVENDICATIONS 1. Dispositif de distribution d'écoulement (5) de sortie d'extrudeuse, pour utilisation dans le transfert de matériaux alimentaires extrudés à haute teneur en humidité depuis une extrudeuse (45), ladite extrudeuse (45) comprenant une ou plusieurs vis d'extrusion, à l'entrée d'une filière de refroidissement (50) à canaux multiples, ledit dispositif de distribution d'écoulement ayant un passage d'extrudat (10) interne définissant un chemin d'écoulement pour tout élément donné d'extrudat passant de la sortie de l'extrudeuse (45) à l'entrée de ladite filière de refroidissement (50), dans lequel, le rapport entre la longueur dudit chemin d'écoulement d'extrudat à travers ledit passage (10), et la valeur du diamètre extérieur de n'importe laquelle des vis d'extrusion individuelles, est supérieur à environ 0,75:1. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rapport est supérieur à environ 1,2:1. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit rapport est supérieur à environ 1,7:1. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil interne dudit passage (10) est à section transversale sensiblement ovoïde. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit passage (10) constitue une constriction intermédiaire dans le chemin d'écoulement. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la dimension interne maximale de ladite constriction n'est pas supérieure à la dimension minimale 30 de la sortie d'extrudeuse (45). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit passage (10) est défini par le profil interne d'un élément de liaison creux, ledit élément de liaison incluant un orifice d'entrée d'extrudat, adapté pour liaison à la sortie d'une extrudeuse (45) ; un orifice de sortie d'extrudat adapté pour liaison à l'entrée d'une filière de refroidissement (50) ; et une partie de transition d'extrudat placée en position intermédiaire. \\HIRSCH6\BREVETS\Brevets122900\22949.doc - 26 août 2004 - 8/10 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit profil interne en section longitudinale de ladite partie de transition est caractérisé par deux zones: la première zone constituant, observée en profil, une transition curviligne progressive, des dimensions approximatives de la sortie d'extrudeuse à une constriction circulaire ou ovoïde, de diamètre minimal non supérieur au diamètre minimal de ladite sortie d'extrudeuse (45) ; la deuxième zone constituant, observée en profil, une expansion curviligne progressive de ladite construction circulaire vers ladite entrée de filière de refroidissement (50). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que une pièce de nez (70) est disposée centralement sur l'entrée de ladite filière de refroidissement (50) et à l'intérieur de ladite deuxième zone, de manière à être pointée en direction de ladite constriction; et dans laquelle ladite pièce de nez (70) constitue une surface extérieure qui, observée en profil, est à peu près parallèle à la surface intérieure de ladite deuxième zone, pour forcer l'extrudat (42) qui s'écoule à le faire en direction des orifices d'entrée de la filière de refroidissement (50), dans un canal annulaire d'un diamètre global allant progressivement en augmentant mais avec une largeur de canal sensiblement constante. 10. Produit alimentaire extrudé, caractérisé en ce qu'il est produit via l'agencement d'un dispositif de distribution d'écoulement (5) de sortie d'extrudeuse, tel que défini à l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Ligne de production d'aliment extrudé caractérisé en ce qu'elle comprend un dispositif de distribution d'écoulement (5) de sortie d'extrudeuse, tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 9. 1\I-IIRSCH6\BREVETS\Brevets122900\22949.doc - 26 août 2004 - 9110