Brevet FR2979696A1 — publié le 20130308

La présente invention concerne le domaine des procédés de refroidissement de produits alimentaires dans des appareils du type tunnels, mettant en oeuvre des injections directes ou indirectes d'un fluide cryogénique tel l'azote liquide. De façon traditionnelle, de tels tunnels comprennent : - une enceinte isolée munie d'une entrée et d'une sortie ; - des moyens de convoyage des produits entre l'entrée et la sortie ; - des moyens d'amenée d'un liquide cryogénique à l'intérieur de l'enceinte pour permettre la mise en contact directe des produits avec ce liquide (le plus couramment, ces moyens d'amenée comprennent des rampes de projection du liquide sur les produits) ou indirecte par le fait que le cryogène est injecté dans des échangeurs internes au tunnels (appelés communément dans ce métier «batteries froides »), le transfert du froid aux produits passant par un échange avec l'air interne du tunnel par l'intervention de moyens de ventilation associés à chaque batterie; - et des moyens de ventilation, aptes à souffler du gaz froid sur les produits défilant. L'industrie agro-alimentaire est en permanence à la recherche d'appareils de plus en plus performants économiquement et en particulier de plus en plus compacts (utilisant le moins de surface au sol). Cela permet dans de nombreux cas d'augmenter la capacité de production d'un site donné sans investir dans de nouveaux bâtiments. Les tunnels de surgélation récents proposent ainsi des techniques de plus en plus élaborées pour augmenter la capacité de production tout en réduisant la surface au sol de l'équipement. Pour ce faire, les appareils récents à haute performance doivent augmenter le coefficient de transfert thermique avec le produit à surgeler. Dans le cas où une ventilation de gaz froid est utilisée pour transférer le froid de la source froide au produit, une technique commune consiste à augmenter la vitesse de ce gaz froid. Le gaz froid est alors mis sous pression et injecté sous forme de jets impactant directement sur le produit (on parle souvent d' « impingement » dans cette industrie). Le coefficient de transfert thermique est alors très élevé et la puissance frigorifique de la machine par unité de surface est alors elle aussi très élevée. Cette technique très intéressante présente cependant des inconvénients et difficultés techniques. D'une part, la puissance de ventilation est souvent difficile à maitriser surtout après plusieurs heures de production, lorsque les caractéristiques du système de ventilation ont été modifiées par son encrassement (givre ou autre dépôt). Par ailleurs, le débit d'air et les vitesses de ventilation sont très importants, et l'on observe une dissymétrie dans la distribution du gaz froid, ce qui provoque des entrées d'air d'un coté de l'appareil et des sorties d'air de l'autre coté. Il a été démontré que le givre provient de façon majoritaire d'infiltrations d'air extérieur. Ces infiltrations d'air du local de production dans le tunnel de surgélation s'accompagnent bien entendu d'une entrée de vapeur d'eau (humidité de l'air) qui va se déposer sous forme de givre à l'intérieur de la machine. Ainsi, cette mauvaise maitrise de l'équilibre des gaz provoque non seulement une surconsommation frigorifique et un surcout de production mais aussi un encrassement accéléré du système de ventilation des plaques produisant les jets impactant et éventuellement des échangeurs mis en place, ce qui provoque une auto-amplification du phénomène. Il a été proposé dans la littérature différentes solutions pour améliorer cette situation de givrage excessif, et notamment : - la mise en place de zones tampon (schématisée dans la figure 1 annexée) : cette solution se propose de combattre un des phénomènes observés dans de tels tunnels où lorsque les jets impactent à grande vitesse la sole, une partie de l'air froid se trouve expulsé en dehors du tunnel, la quantité d'air dans le tunnel étant constante, ceci crée automatiquement des infiltrations d'air chaud. La zone de chargement des produits dans le tunnel agit agit alors comme un « tuyau » qui guide le flux d'air mais qui ne réduit pas significativement les infiltrations d'air. On positionne alors une (ou plusieurs) zone tampon, immédiatement en aval de la zone de chargement pour l'une et immédiatement en amont de la sortie du tunnel pour la seconde, des zones tampon qui ne sont pas ventilées, ceci par des agrandissements de la coque externe du tunnel (de 50 cm à 1.5 m pour chaque zone en entrée et en sortie du surgélateur), créant ainsi de chaque coté un espace mort qui amortit les vitesses de gaz, ce qui réduit naturellement les entrées d'air et les sorties de gaz froids. Cependant, ce système présente un inconvénient majeur qui est d'augmenter l'encombrement de la machine, ce qui va en sens inverse de l'effet recherché initialement par l'adoption des jets impactant. - l'utilisation de rideaux physiques : cette solution consiste à placer des rideaux en plastique ou en inox aux entrée/sortie de l'appareil. Ces rideaux limitent en effet les entrées d'air et les sorties de gaz froids. Mais ils sont d'autant plus efficaces qu'ils obturent de manière conséquente les entrées du surgélateur. Dans la pratique, ils sont souvent peu efficaces car étant situés sur le passage des produits, ils ne peuvent pas obturer réellement les entrées/sorties. De plus, ils posent parfois des problèmes d'hygiène lorsqu'ils touchent les produits qui défilent. - l'utilisation de rideaux gazeux : cette solution consiste à installer en entrée et sortie de tunnel un système de soufflage d'air destiné à compenser le déséquilibre du tunnel. Ce système peut parfois donner des résultats satisfaisants lorsque le déséquilibre est très faible, en revanche lorsqu'il s'agit de compenser un déséquilibre moyen à fort, ce système n'a pas encore montré sa capacité à rétablir l'équilibre des gaz froids. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention propose une nouvelle structure de tunnel qui met en oeuvre une combinaison de deux arrangements qui coopèrent de façon synergétique en vue de l'objectif visé. Grace à la combinaison proposée ici, on cherche d'une part à amortir la vitesse des gaz dans les zones d'entrée / sortie et d'autre part à rétablir l'équilibre des gaz froids à l'intérieur de l'appareil, à l'endroit même ou le déséquilibre est créé. En effet, les travaux menés par la Demanderesse montrent que c'est bien la combinaison de ces deux arrangements (dispositions) qui permet d'atteindre l'objectif visé et de rétablir l'équilibre aéraulique du tunnel : - selon la première disposition, on réalise la fusion d'au moins une partie de la zone de chargement du tunnel avec une zone tampon intercalée entre cette zone de chargement et la première batterie. Ainsi, on réduit les infiltrations sans augmenter l'empreinte au sol. On peut pour cela conserver un design simple, parallélépipédique (schématisé en figure 2 annexée). En d'autres termes on peut aussi exprimer cette première disposition par le fait que la zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement en créant une « zone commune fusionnée ». De façon préférée selon l'invention la zone tampon empiète sur 10 à 90 % de la zone de chargement. Sans être aucunement liés par les explications qui vont suivre, on peut penser que cette configuration agit de manière statique sur les entrées/sorties de gaz, en diminuant les sorties de gaz froids et entrés d'air. Elles ne sont pas supprimées mais diminuées. Cette configuration peut être comparée à un frein pour un véhicule. - on implémente alors la seconde disposition suivante, en combinaison avec la précédente : afin de rétablir l'équilibre des gaz froids dans le tunnel, on positionne des dispositifs à l'extérieur du tunnel, en entrée et en sortie comme on va le voir, ces dispositifs sont des plafonds soufflants. Contrairement aux moyens précédents, l'action de ces plafonds est ici au contraire clairement dynamique :ils créent des mouvements de gaz, dont la force est plus ou moins élevée selon les caractéristiques des plafonds implémentés, permettant de modifier le sens des flux d'air (effets de canalisation des flux) à l'intérieur du tunnel, permettant ainsi de limiter encore les infiltrations d'air pour atteindre des entrées quasi nulles. L'un des ces plafonds est donc positionné à l'extérieur, en amont de l'entrée du tunnel (en amont de l'avancée amont, au dessus de l'arrivée des articles), tandis que le second plafond est positionné à l'extérieur, en aval de la sortie du tunnel (en aval de l'avancée aval, au dessus de la sortie des articles). Ces plafonds permettent de modifier la pression statique de l'air dans les zones d'entrée et sortie et par conséquences de modifier le sens des flux d'air afin de limiter les infiltrations d'air. Chacun de ces plafonds adopte par exemple la forme de caissons métalliques adossés à l'avancée lui correspondant, un ventilateur souffle de l'air ambiant dans les caissons au travers d'une structure de diffuseur, par exemple une grille perforée. On pourrait bien entendu envisager de souffler un autre gaz que l'air, par exemple de l'azote, mais la solution se révélerait plus couteuse et s'agissant d'équilibrer des flux d'air le soufflage d'air extérieur se révèle une solution cohérente. Cette grille perforée crée une perte de charge et assure la répartition de l'air sur toute la section du caisson. La vitesse homogène sur toute la section crée un bouchon gazeux qui bloque d'un côté les entrées d'air extérieur et de l'autre les sorties de gaz froids. Le système pourra être renforcé le cas échéant par l'adjonction de petits volets ajustables à la hauteur des produits et fixés en partie basse sur chaque caisson en tôle, sensiblement au niveau du tapis de convoyage. Le débit d'air nécessaire peut être ajusté à l'aide d'un variateur de vitesse manuel mais il pourra également être automatisé à l'aide d'un système de contrôle automatique pour rétablir l'équilibrage du tunnel : par exemple par la prise en compte de la mesure d'un capteur qui mesure le déséquilibre des gaz froids du tunnel et la mise en oeuvre d'une boucle de calcul couplée à un variateur de la vitesse des moteurs, de telle sorte que l'équilibre soit rétabli. Cette mesure pourra par exemple être une mesure de température, ou d'oxygène ou encore une mesure de lumière en entrée et sortie de tunnel. A titre illustratif, pour un plafond soufflant de 1 m de large on envisage des débits de 500 à 1500 m3/h. La présente invention concerne alors une installation de refroidissement ou surgélation cryogénique de produits, comprenant un tunnel cryogénique dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler, le tunnel étant de type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans des échangeurs (batteries) présents dans l'espace interne du tunnel et répartis sur le parcours des produis dans le tunnel, le tunnel étant équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que d'une première zone tampon, intercalée entre la zone de chargement du tunnel et la première batterie vue par les produits, et d'une seconde zone tampon, située entre la dernière batterie vue par les produits et la sortie du tunnel, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : - ladite première zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement ; - l'installation comprend deux plafonds soufflants, extérieurs au tunnel, l'un de ces plafonds étant positionné en amont de l'entrée du tunnel au dessus de l'arrivée des produits dans le tunnel, tandis que le second plafond est positionné en aval de la sortie du tunnel au dessus de la sortie des produits. L'invention concerne également un procédé de refroidissement ou surgélation cryogénique de produits, les produits à refroidir ou surgeler circulant dans un tunnel cryogénique, le tunnel étant de type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans des échangeurs (batteries) présents dans l'espace interne du tunnel et répartis sur le parcours des produis dans le tunnel, le tunnel étant équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que d'une première zone tampon, intercalée entre la zone de chargement du tunnel et la première batterie vue par les produits, et d'une seconde zone tampon, située entre la dernière batterie vue par les produits et la sortie du tunnel, se caractérisant en ce que l'on améliore l'équilibrage des gaz froids dans le tunnel par la mise en oeuvre des mesures suivantes : - ladite première zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement ; - on dispose de deux plafonds soufflants, extérieurs au tunnel, l'un de ces plafonds étant positionné en amont de l'entrée du tunnel au dessus de l'arrivée des produits dans le tunnel, tandis que le second plafond est positionné en aval de la sortie du tunnel au dessus de la sortie des produits ; - on ajuste si nécessaire, pour rétablir l'équilibrage du tunnel, le débit d'air envoyé dans l'un ou chacun des deux plafonds soufflants. L'équilibrage en question peut être effectué de façon manuelle par un opérateur à l'aide d'un variateur de vitesse manuel ou encore de façon automatisée par la prise en compte de la mesure d'un capteur qui mesure le déséquilibre des gaz froids du tunnel et la mise en oeuvre d'une boucle de calcul couplée à un variateur de la vitesse des moteurs, de telle sorte que l'équilibre soit rétabli. Cette mesure pourra par exemple être une mesure de température, ou d'oxygène ou encore une mesure de lumière en entrée et sortie de tunnel. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés pour lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle de la zone d'entrée d'un tunnel classique de l'art antérieur, permettant de visualiser la zone de chargement, une zone tampon, et la première batterie vue par les articles en entrant dans le tunnel. - la figure 2 est une vue schématique partielle de la zone d'entrée d'un tunnel conforme à la présente invention où zone de chargement et première zone tampon sont partiellement fusionnées. - la figure 3 illustre un mode de réalisation des plafonds soufflants conformes à l'invention. - la figure 4 (a) détaille de façon schématique les flux d'air dans le cas de deux plafonds soufflant à la même vitesse, il y a alors équilibre entre les pressions d'entrée et de sortie, tandis que la figure 4 (b) détaille de façon schématique les flux d'air dans le cas où le plafond souffle plus fort en sortie qu'en entrée, il y a alors déséquilibre et les gaz intérieurs sont orientés vers l'entrée. - la figure 5 donne une vue schématique partielle du détail d'un plafond soufflant convenant pour la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 permet donc de visualiser la zone d'entrée d'un tunnel classique, avec sa zone de chargement (ZC), et une zone tampon (ZT) intercalée entre la zone de chargement et la première batterie d'impaction vue par les articles entrant dans le tunnel. Les deux flèches entrante et sortante au raz du tapis de la zone de chargement symbolisent les sorties de gaz froids et les entrées d'air extérieur dans le tunnel. Conformément à l'invention, on procède (figure 2) à la fusion de tout ou partie de la zone de chargement et de la zone tampon, i.e au fait que la zone tampon empiète sur une large part de la zone de chargement, seul un morceau de convoyeur reste en dehors de la structure. La figure 3 permet quant à elle de visualiser, dans une vue schématique partielle de coté (sur la longueur) du tunnel, la combinaison : - des mesures d'avancées : tunnel s'étendant entre l'entrée E et la sortie S, la référence 1 désignant les zones partiellement fusionnées de chargement et tampon, tandis que la référence 2 désigne la zone tampon existant en sortie de tunnel ; - et de plafonds soufflants 3 adossés aux entrée/sortie du tunnel (donc la structure sera détaillée dans le cadre de la figure 5 ci-après). Et les figures 4 (a) et 4 (b) annexées permettent de mieux comprendre, par des exemples, comment influencer les flux de gaz à l'intérieur du tunnel et donc si nécessaire son rééquilibrage. Sur l'exemple présenté ici : - la figure 4 (a) détaille de façon schématique les flux d'air dans le cas de deux plafonds entrée/sortie soufflant à la même vitesse, il y a alors équilibre entre les pressions d'entrée et de sortie, - tandis que la figure 4 (b) détaille de façon schématique les flux d'air dans le cas où le plafond souffle plus fort en sortie qu'en entrée, il y a alors déséquilibre et les gaz intérieurs sont orientés vers l'entrée. La figure 5 donne alors un exemple de constitution d'un plafond soufflant convenant pour la mise en oeuvre de l'invention, où l'on reconnait les éléments suivants : - la turbine d'aspiration d'air 10 ; - la grille 12 métallique de diffusion de l'air ; - le caisson 11 de mise en pression de l'air au dessus de la grille ; - la zone 13 sous la grille de diffusion d'air, zone permettant le déploiement du flux d'air vers le bas du caisson. 20 REVENDICATIONS1. Installation de refroidissement ou surgélation cryogénique de produits, comprenant un tunnel cryogénique dans lequel circulent des produits à refroidir ou surgeler, le tunnel étant de type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans des échangeurs (batteries) présents dans l'espace interne du tunnel et répartis sur le parcours des produis dans le tunnel, le tunnel étant équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que d'une première zone tampon (ZT), intercalée entre la zone de chargement (ZC) du tunnel et la première batterie vue par les produits, et d'une seconde zone tampon, située entre la dernière batterie vue par les produits et la sortie du tunnel, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : - ladite première zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement ; - l'installation comprend deux plafonds soufflants (3), extérieurs au tunnel, l'un de ces plafonds étant positionné en amont de l'entrée du tunnel au dessus de l'arrivée des produits dans le tunnel, tandis que le second plafond est positionné en aval de la sortie du tunnel au dessus de la sortie des produits. 2. Procédé de refroidissement ou surgélation cryogénique de produits, les produits à refroidir ou surgeler circulant dans un tunnel cryogénique, le tunnel étant de type à injection indirecte d'un fluide cryogénique dans des échangeurs (batteries) présents dans l'espace interne du tunnel et répartis sur le parcours des produis dans le tunnel, le tunnel étant équipé de moyens d'injection d'un fluide cryogénique ainsi que d'une première zone tampon (ZT), intercalée entre la zone de chargement (ZC) du tunnel et la première batterie vue par les produits, et d'une seconde zone tampon, située entre la dernière batterie vue par les produits et la sortie du tunnel, se caractérisant en ce que l'on améliore l'équilibrage des gaz froids dans le tunnel par la mise en oeuvre des mesures suivantes :- ladite première zone tampon empiète sur au moins une partie de la zone de chargement ; - on dispose de deux plafonds soufflants (3), extérieurs au tunnel, l'un de ces plafonds étant positionné en amont de l'entrée du tunnel au dessus de l'arrivée des produits dans le tunnel, tandis que le second plafond est positionné en aval de la sortie du tunnel au dessus de la sortie des produits ; - on ajuste si nécessaire, pour rétablir l'équilibrage du tunnel, le débit d'air envoyé dans l'un ou chacun des deux plafonds soufflants. 3. Procédé selon la revendication 2, se caractérisant en ce que l'équilibrage est effectué de façon manuelle par un opérateur à l'aide d'un variateur de vitesse manuel ou encore de façon automatisée par la prise en compte de la mesure d'un capteur qui mesure le déséquilibre des gaz froids au sein du tunnel et la mise en oeuvre d'une boucle de calcul couplée à un variateur de la vitesse des moteurs, de telle sorte que l'équilibre soit rétabli. 4. Procédé selon la revendication 3, se caractérisant en ce que ledit capteur effectue une mesure de température, d'oxygène ou de lumière.