Brevet FR2919715A1 — publié le 20090206

Dispositif de surgélation cryogénique de produits utilisant un tapis convoyeur poreux La présente invention concerne un procédé et un dispositif de surgélation cryogénique de produits. Il est bien connu que certains produits alimentaires sont très difficiles à surgeler et il est alors nécessaire d'utiliser un équipement de surgélation dont les qualités principales doivent être : - Une surgélation rapide et sur une surface au sol aussi réduite que possible (machine aussi petite que possible). - Une surgélation qui doit être aussi efficace pour la surface inférieure du produit que pour sa surface supérieure. - Le procédé ne doit pas marquer la face inférieure des produits. - les produits ne doivent pas coller à la surface sur laquelle ils sont posés. - Quand cela est nécessaire, l'équipement doit permettre de ne surgeler que la surface du produit pas le coeur (et ainsi réaliser ce que l'on appelle dans cette industrie un croutage ). A titre d'exemple on peut citer les produits suivants : des filets de poissons recouverts de marinade, des produits pâteux (tels purées de légume), ou encore des morceaux de viande recouverts de sauce. Actuellement, de tels produits très difficiles sont traités dans des tunnels cryogéniques à immersion dans l'azote liquide, sur de petites largeurs de convoyeurs, au besoin en ménageant des orifices dans le tapis convoyeur (pour évacuer le gaz formé et éviter ainsi les phénomènes de gonflement / déformation de la bande du convoyeur), ce qui pose, on le conçoit, des problèmes de productivité. Ces tunnels à immersion sont bien connus pour donner lieu à un transfert thermique élevé sur peu de distance, et pour présenter une très bonne compacité (si l'on n'effectuait pas un transfert par immersion il serait nécessaire de disposer, pour traiter ces mêmes produits, de très longs équipements). Dans de tels cas de produits très difficiles à traiter, on a par ailleurs démontré que l'utilisation d'un surgélateur cryogénique utilisant un tapis polymère (par exemple un polyester), imbibé d'azote liquide ou passant dans un bain d'azote liquide est particulièrement bien adapté. Un tel équipement est décrit dans le document EP-576 665. Selon cette technique antérieure, la taille des pores du tapis convoyeur est telle que du liquide cryogénique puisse y être retenu, de manière à assurer la congélation totale ou partielle de l'article par transfert thermique entre l'article et le liquide cryogénique retenu dans le support poreux. Pour réaliser cette opération avec succès, le tapis polyester sur lequel les produits à croûter sont déposés doit convoyer correctement les produits à travers le surgélateur et en particulier, il doit impérativement assurer un temps de passage régulier dans le surgélateur et dans le bain d'azote liquide. Par temps de passage régulier on entend un temps de passage constant (i.e sensiblement constant) au cours d'une phase de production, ou au cours d'une journée, quel que soit le produit traité, le lot traité etc... La deuxième condition de la réussite de l'opération est une immersion régulière dans le bain d'azote liquide, tous les produits étant immergés dans une hauteur sensiblement constante d'azote liquide. Pour les raisons ci-après développées la Demanderesse a mis en évidence le fait que dans certaines situations, un tel surgélateur à immersion d'un tapis polymère dans un bain de cryogène nécessitait des améliorations de conception. Et il faut noter qu'une partie de ces difficultés viennent de la nature polymère du convoyeur (qui présente par ailleurs on le sait de considérables avantages), on n'observerait pas ces inconvénients spécifiques avec un tapis métal : en effet, l'entraînement d'un tapis métal est positif (par des systèmes de pignons qui ne peuvent pas glisser) alors que dans le cas d'un tapis polymère on met nécessairement en oeuvre un tambour lisse qui entraîne un tapis lisse. Par ailleurs, alors qu'un tapis métal est parfaitement rigide, un tapis polymère va nécessairement subir des déformations lors de son passage dans le bain. On le comprend mieux à la lecture de ce qui précède, la précision et l'efficacité du procédé résident donc notamment dans la maîtrise de deux points : - - régularité du temps de passage dans le surgélateur ; -régularité de la profondeur du bain d'azote liquide rencontrée par le produit. Pour satisfaire à la première condition, la vitesse du 20 tapis doit être stable et bien contrôlée. Pour la deuxième condition, durant toute la période (par exemple la journée) de production, le bain d'azote liquide doit avoir une hauteur sensiblement constante et le convoyeur doit passer bien à plat dans ce bain, à une 25 distance sensiblement constante de la surface du bain. Ainsi, quel que soit le moment de la journée, quelle que soit la position des produits, ils reçoivent tous le même traitement thermique car ils sont immergés dans l'azote liquide de manière sensiblement identique. 30 A titre d'exemple on conçoit que si le tapis convoyeur n'est pas bien plat, et qu'il présente par exemple une bosse en son milieu, les produits qui sont immergés dans l'azote liquide à cet endroit ne seront pas surgelés de façon comparable à des produits qui passeront dans le bain sur les bords du tapis convoyeur, là où ce convoyeur descend plus profondément à l'intérieur du bain. On se rend compte alors que les machines disponibles selon l'art antérieur permettent difficilement de respecter ces deux impératifs, et que bien souvent on constate les deux défauts suivants : - Le glissement de la bande sur son tambour d'entraînement d'où un temps de passage variable et insuffisamment maîtrisé. - La déformation du tapis convoyeur dans le bac d'immersion d'azote : le tapis ne reste pas parfaitement plat dans le bain car des bulles d'azote gazeux se forment sous le tapis et le font gonfler dans sa partie centrale alors que les bords restent en place au fond du bac. De plus, la tension de la bande a aussi tendance à soulever le tapis en son centre alors que les bords restent en place au fond du bain. Parmi les solutions existantes aux problématiques posées ci-dessus on peut citer les propositions antérieures 20 suivantes . - Régularité du temps de passage -vitesse de bande régulière : Pour tenter d'assurer une vitesse de bande régulière, certains constructeurs tendent la bande avec des pressions élevées. Ainsi les phénomènes de glissement du 25 tapis sur le tambour moteur sont réputés réduits. Néanmoins il faut signaler que plus la tension est importante, plus le phénomène de déformation du tapis dans le bain est important. Dans la pratique, il faut donc trouver un compromis entre glissement et déformation de la 30 bande ce qui implique un temps de passage et une profondeur de bain insuffisamment maîtrisés. - problème de la régularité de la profondeur du bain d'azote liquide : Pour éviter le problème de déformation de la bande créé par la forte tension et assurer un bain aussi 35 régulier que possible, certains constructeurs réduisent la largeur du tapis et du bain ou encore divisent le bain en plusieurs canaux. Entre les canaux, des sortes de skis exercent une pression sur la bande pour qu'elle reste en position au fond du bac. En terme de réduction de la largeur du tapis, les utilisateurs de ce type de machine ayant souvent besoin d'une capacité de production importante, ce qui implique des machines de grande largeur (1000mm), la solution consistant à diminuer la largeur du bain et du tapis n'est donc pas vraiment satisfaisante. L'utilisation de skis pour tenter de limiter les déformations du tapis divise la zone de traitement en plusieurs canaux. L'utilisateur de la machine doit alors diviser sa production en autant de ligne avec en plus l'impossibilité de traiter des produits plus larges que les canaux (maximum : environ 600mm). Par ailleurs, en l'absence d'azote, ce système divise certes la production en plusieurs canaux mais lorsque le bac est rempli d'azote liquide, sous le tapis, des bulles d'azote gazeux se forment et créent une pression suffisante pour déformer le tapis et former deux petites bosses, une de chaque coté du ski . - Problème de la formation de bulles d'azote gazeux : Pour remédier au gonflement du tapis lié aux bulles d'azote gazeux piégées sous le tapis, certains constructeurs libèrent la pression créée sous le tapis en perforant le tapis. Ainsi, le gaz peut s'échapper et la bande retombe plus ou moins suivant le nombre et la taille des orifices. Mais alors le tapis ne présente plus une surface lisse et les produits peuvent parfois être marqués par le tapis. De plus, cette technique n'est pas applicable aux produits dont la taille est inférieure à celle des orifices (environ 10mm). Dans tous les cas on constate donc que toutes ces solutions ne permettent pas d'utiliser la machine à l'optimum de ses capacités. La qualité et la régularité de la surgélation des produits ne peuvent être maintenues à un niveau élevé. Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, la présente invention propose une solution technique aux problématiques précédentes où elle vise à établir une vitesse de tapis constante et un bain d'azote régulier au-dessus du tapis en chaque point du bac en adoptant une stratégie totalement différente de celles employées selon l'art antérieur : - Régularité du temps de passage vitesse de bande régulière Pour assurer une vitesse constante du tapis, contrairement aux solutions antérieures, la tension de la bande est réglée à une valeur aussi faible que possible afin de ne pas créer un problème dans le bain. La bande va donc glisser sur son tambour d'entraînement (ce qui est considéré classiquement comme un inconvénient). Pour solutionner ce phénomène, des galets viennent presser la bande contre le tambour. Ils augmentent l'angle et la force de contact entre le tambour et le tapis. Localement, sur le tambour, la force d'adhérence est ainsi considérablement augmentée sans pour autant déformer le tapis dans le bain puisque la tension de la bande reste faible dans le reste de la machine. Ainsi, le temps de passage est totalement maîtrisé et stable. Ainsi contrairement aux solutions antérieures qui préconisent des tensions du tapis très élevées, la présente invention adopte une tension moindre mais plaque localement sur le tambour le tapis à l'aide de galets, et la tension globale souhaitée pour le tapis est obtenue en éloignant les tambours l'un de l'autre. En d'autres termes, afin de tenter dans ce qui suit de mieux expliquer les phénomènes, plus on tend le tapis polymère plus il accroche sur le tambour, mais alors il progresse plus difficilement dans le bain ; réciproquement plus la tension est faible, plus le système est mou et alors il ne tourne pas facilement il patine sur son tambour d'entraînement. La présente invention tend peu le convoyeur, donc le système est relativement mou , il passe donc à l'intérieur du bain sans difficultés, et l'on compense ceci en appuyant le tapis sur un seul tambour (celui équipé du moteur) au travers de galets (par exemple une roue libre qui appuie et suit le mouvement...). -Régularité de la profondeur du bain d'azote liquide Grâce au système décrit précédemment le tapis reste naturellement à plat dans le bain. Ceci reste valable dans le cas de machines de forte capacité avec des tapis de grande largeur (du type 1200mm). En effet, du fait de la présence des galets on peut se permettre de tendre moins le tapis dans sa globalité, et donc le tapis reste plus facilement à plat (toute tension crée des déformations quelque part), en résumé la présence des galets permet de résoudre deux problèmes techniques à la fois. - question des Bulles d'azote gazeux : Comme on l'a dit, lorsque le bain est rempli d'azote liquide, les bulles d'azote gazeux qui se forment sous le tapis ont tendance à le soulever et à le déformer. Il faut alors éliminer ces bulles qui se forment sans arrêt pendant la production. Pour cela, selon la présente invention, un espace est aménagé entre le tapis et le fond du bac. Cet espace permet aux bulles de gaz de s'échapper par les cotés entrée et sortie du tapis dans le système, sans créer de surpression sous la bande et donc sans la soulever. Ainsi, la bande reste en place, bien plane à une distance fixe de la surface du bain d'azote liquide. En d'autres termes le tapis ne passe pas sur le FOND du bac, il passe en hauteur , à quelques mm ou cm au dessus du fond du bac (typiquement un ordre de grandeur de 1 à 10 cm convient pour la mise en oeuvre de l'invention) mais bien entendu sous le niveau de liquide cryogénique, ce qui ménage donc un espace tapis/fond. On peut alors penser, sans être à aucun moment lié par une telle explication, que la non déformation observée est due au fait que les bulles se dirigent certes vers le dessous du tapis mais qu'il ne se produit pas d'accumulation, naturellement elles s'évacuent vers les extrémités entrée/sortie du bain et les remous observés par la Demanderesse lors de ses expérimentations aux entrées/sorties confortent cette hypothèse. En conclusion, l'application de cette combinaison de techniques permet de maîtriser totalement les points clés du procédé pour les cas les plus difficiles à traiter : - Le temps de passage dans l'appareil et dans le bain d'azote est maîtrisé et constant ; - La profondeur du bain et l'intensité du traitement cryogénique sont maîtrisés : la profondeur du bain est constante pour tous les produits, elle peut être ajustée facilement suivant les besoins. On notera d'ailleurs que la solution proposée selon la présente invention fonctionne efficacement, y compris avec un tapis de grande largeur, par exemple de 1200mm ou plus ce qui permet d'obtenir des capacités de production importantes. Cela rend aussi possible le traitement des produits de grande largeur. Mais bien entendu elle est également tout à fait adaptée à des largeurs plus faibles (300, 400, 600, 800, 1000). Si l'on a décrit dans ce qui précède une mise en oeuvre avantageuse où l'on combine les deux techniques, présence des galets et espace aménagé entre le tapis et le fond du bac, il faut noter que sans sortir du cadre de la présente invention, on peut envisager que pour certaines largeurs plus faciles à traiter, pour certains produits également, on puisse ne mettre en oeuvre qu'une des caractéristiques techniques, la présence de galets de plaquage, tout en obtenant les résultats voulus. En tout état de cause, grâce à la maîtrise amenée par le procédé, la taille de ce type de machine peut être augmentée et la capacité de production n'est plus limitée par des problèmes techniques. D'autre part, la qualité de la surgélation est constante et les paramètres du procédé peuvent être ajustés au mieux afin d'optimiser le procédé et afin de réduire son coût. Globalement, c'est l'efficacité et la rentabilité du procédé qui tirent profit des améliorations proposées par l'invention. La présente invention concerne un dispositif pour la congélation d'articles, comportant un convoyeur à bande poreuse maintenue en place dans le dispositif par des tambours, ainsi que des moyens d'imprégnation en liquide cryogénique de ladite bande du convoyeur, l'imprégnation de la bande se faisant en tout ou partie par immersion de la bande dans un bain de liquide cryogénique, et se caractérisant en ce qu'il comprend des moyens de placage de la bande sur l'un desdits tambours. Selon un des modes de réalisation de l'invention, lesdits moyens de placage sont constitués par un système de galets solidaires d'une roue libre apte à plaquer/presser la bande sur ledit tambour et à suivre le mouvement de ce tambour. Selon un des modes de réalisation préféré de l'invention, un espace est aménagé entre le convoyeur et le fond du bac contenant ledit bain, cet espace étant apte à permettre à des bulles de gaz qui se formeraient sous le convoyeur au sein du bain de s'échapper en tout ou partie par les cotés entrée et sortie du convoyeur du dispositif, sans créer de surpression sous le convoyeur. Ledit convoyeur est avantageusement constitué en un matériau poreux qui est un tissu en polymère synthétique ou naturel, tissé ou non tissé, et de préférence en polyester. La présente invention sera mieux comprise à la lecture d'un exemple de réalisation non limitatif, donné dans un seul but illustratif, ainsi que par référence aux figures 1 et 2 annexées qui illustrent respectivement (en vues longitudinale et transversale) la structure d'un surgélateur à tapis polyester et bain d'azote selon l'art antérieur, et selon la présente invention (mettant en oeuvre un système de galets et un espace ménagé entre tapis et fond du bac d'azote liquide). On reconnaît sur la figure 1 (la et lb) de façon schématique les principaux éléments constitutifs d'un surgélateur à tapis polyester et bain d'azote selon l'art antérieur, tel que décrit dans la partie introductive de la présente demande. Et l'on peut ainsi aisément visualiser sur la figure 2 (figures 2a et 2b) les caractéristiques d'un mode de réalisation préféré de la présente invention, mettant en oeuvre . - le dispositif comprend des galets de mise en pression de la bande du convoyeur sur le tambour d'entraînement (tambour à gauche sur la figure, muni du moteur), les galets formant partie d'une roue libre appuyant la bande du convoyeur sur ledit tambour et apte à suivre le mouvement de ce tambour. On donne dans ce qui suit un exemple de mise en oeuvre de l'installation de la figure 2. On a ainsi obtenu de très bons résultats avec un appareil de 6 mètres de long et possédant un tapis de 1,2 mètres de large, surgelant une large gamme de produits réalisés à base de viande tel que des hamburgers cuits, des boules de viande crues ou cuites, des saucisses, des lamelles de viande, des cubes de jambon. On conçoit que pour traiter efficacement cette large gamme de produits, le surgélateur à bain d'immersion doit être capable de s'adapter. Dans certains cas, le temps de passage doit être court (typiquement 1 minute) et le bain d'azote très peu profond (typiquement 5mm). Pour d'autres produits plus difficiles, le temps de passage doit être long (typiquement 10 minutes) et le bain doit être relativement profond (typiquement 50mm). L'expérience montre qu'avec l'application de la technique énoncée ci-dessus, toute la gamme de produits en question a pu être traitée correctement, la surgélation étant constante et régulière au cours du temps et au cours de phases de production. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la congélation d'articles, comportant un convoyeur à bande poreuse maintenue en place dans le dispositif par des tambours, ainsi que des moyens d'imprégnation en liquide cryogénique de ladite bande du convoyeur, l'imprégnation de la bande se faisant en tout ou partie par immersion de la bande dans un bain de liquide cryogénique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de placage de la bande sur l'un desdits tambours. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de placage sont constitués par un système de galets solidaires d'une roue libre apte à plaquer/presser la bande du convoyeur sur ledit tambour et à suivre le mouvement de ce tambour. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que un espace est aménagé entre la bande et le fond du bac contenant ledit bain, cet espace étant apte à permettre à des bulles de gaz qui se formeraient sous la bande au sein du bain de s'échapper en tout ou partie par les cotés entrée et sortie de la bande dans le dispositif, en évitant ainsi de créer une surpression sous la bande. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit espace a une hauteur située dans la gamme 1 cm - 10 cm. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite bande poreuse est constituée en un matériau poreux qui est un tissu en polymère synthétique ou naturel, tissé ou non tissé, et de préférence en polyester.