Brevet FR3078975A1 — publié le 20190920

DIAPHRAGME REFRIGERE POUR CUVE DE FERMENTATION Domaine technique La présente invention appartient au secteur industriel dédié à la fabrication 5 de dispositifs destinés aux processus de traitement et de fermentation des boissons alcoolisées, en particulier du vin. L'objet de la présente invention est de développer un diaphragme de stockage de gaz carbonique, comprenant des moyens de réfrigération, adaptable à l'intérieur des cuves afin d'améliorer l'efficacité des contrôles de température 10 durant le processus de fermentation. Art antérieur de l'invention Aujourd'hui, comme on le sait bien, durant le processus de fermentation du vin, il se produit, à l'intérieur des cuves, une séparation entre la partie solide et la 15 partie liquide des raisins; la partie solide flotte et occupe un tiers environ du volume total. Quand le processus de fermentation démarre, il se génère du gaz carbonique CO2, qui tend à remonter vers la partie supérieure de la cuve, de sorte que la masse solide qui demeure en flottation est compactée par les effets du gaz 20 ascendant et la force de la gravité. Pour retenir le gaz carbonique, les cuves du brevet ES2181035 incorporent un diaphragme intérieur prévu à cette fin, qui est placé entre le fond intérieur et le plafond supérieur, afin de retenir une quantité déterminée de CO2 dans la chambre qui se forme entre ce diaphragme et la cuve et pouvoir profiter 25 ultérieurement de cette énergie stockée, en la libérant dans la cuve durant le processus de fermentation; mais l'inconvénient de cette solution est qu'a défaut d'un système de réfrigération, il se produit, durant la fermentation, une hausse de la température qui doit être contrôlée et stabilisée dans des marges définies au préalable afin de ne pas altérer les propriétés organoleptiques du produit et 30 obtenir ainsi, la meilleure qualité du produit final. Actuellement, les cuves destinées à cette fin disposent de systèmes de contrôle de la température de divers types comme par exemple, celui à chemise extérieure, consistant en un système de circulation d'eau froide au travers de conduits conçus à cette fin. 35 Il existe diverses réalisations mais en tous les cas, l'eau passe par les conduits qui forment la chemise et sont disposés à l'extérieur de la cuve de fermentation, mais l'inconvénient est que beaucoup de la puissance frigorifique se perd à l'extérieur, par contact avec l'environnement et seul un petit pourcentage parvient à l'intérieur des cuves, l'efficacité est, par conséquent, très 40 restreinte. ICG011282 FR Depot Texte.docx 2 Par ailleurs, le refroidissement n'atteint que la partie extérieure des cuves et laisse la partie centrale qui peut être plus chaude, au dépend de l'échange thermique par transmission thermique entre les différentes couches de liquide. Pour résoudre ce problème, il est possible d'isoler thermiquement la partie 5 extérieure de la chemise qui est en contact avec l'environnement pour que toute la puissance frigorifique passe à l'intérieur de la cuve. Ceci ne résout qu'en partie le problème, présente un coût très élevé et n'apporte pas de solution quand les cuves ont d'un diamètre considérable. Quand le diamètre de la cuve est important, un autre système de 10 réfrigération est mis en oeuvre qui consiste en un ensemble de tubes placés à l'intérieur de la cuve, raccordés en série et disposés en spirale, à l'intérieur desquels circule l'eau froide. Ce système de réfrigération est plus efficace que la chemise extérieure du fait que les tubes sont placés à l'intérieur, toute la puissance frigorifique est alors 15 directement transmise à l'intérieur de la cuve, ce qui en améliore considérablement la performance. Cependant, ce système est conçu pour être fixé aux parois de la cuve sur sa face interne et à une distance d'environ 150-300 mm, par rapport à la paroi vers l'intérieur, ce qui réduit aussi substantiellement l'efficacité dans la partie 20 centrale de la cuve. Il existe également d'autres méthodes utilisées, comme par exemple, des plaques de réfrigération ou même la réfrigération du liquide par son extraction de la cuve et passage par un échangeur, mais en définitive, dans un même but de maîtrise de la hausse de la température, afin que le processus de vinification soit 25 le plus stable et homogène possible. Description de l'invention Afin de minimiser autant que possible les inconvénients mentionnés durant le processus de fermentation, il a été conçu un diaphragme réfrigéré pour cuve 30 de fermentation qui, adapté à son intérieur, est placé entre le fond inférieur et la partie supérieure de cette dernière, et retient le gaz carbonique durant la fermentation. Le diaphragme réfrigéré comprend une structure en entonnoir, ouverte sur la partie supérieure comme sur la partie inférieure et fermée sur le périmètre, qui 35 incorpore un dispositif de réfrigération pour la circulation de fluide réfrigérant afin d'homogénéiser le contrôle de température. Le dispositif de réfrigération couplé au diaphragme réfrigéré, offre une grande performance de contrôle de température car il permet, grâce à sa conception et à sa situation, une utilisation énergétique optimale durant le 40 processus de fermentation. ICG011282 FR Depot Texte.docx 3 Le dispositif de réfrigération incorporé au diaphragme réfrigéré comprend des conduits de circulation, couplés solidairement au périmètre extérieur du dit diaphragme réfrigéré, intégrant des raccords d'entrée et de sortie du fluide réfrigérant. Dans une réalisation alternative, le diaphragme réfrigéré comprend un dispositif de réfrigération basé sur un serpentin qui intègre des raccords d'entrée et de sortie du fluide réfrigérant, couplé sur la partie inférieure du diaphragme au travers de platines d'ancrage. Dans une autre réalisation alternative, le diaphragme réfrigéré comprend un dispositif de réfrigération, basé sur au moins deux plaques réfrigérantes qui incorporent des raccords d'entrée et de sortie du fluide réfrigérant, communiquées avec la partie supérieure et inférieure du diaphragme réfrigéré et fixées à sa structure par des platines d'ancrage. Selon une autre définition, l'invention concerne un diaphragme réfrigéré 15 pour cuve de fermentation, ce diaphragme réfrigéré comprenant une structure en entonnoir, ouverte tant sur sa partie supérieure que sur sa partie inférieure et fermée sur le périmètre, comprenant un dispositif de réfrigération, avec des segments de raccordement de couplage à une installation de fluide réfrigérant. Selon une variante, le dispositif de réfrigération du diaphragme réfrigéré 20 est couplé solidairement sur le périmètre extérieur de la structure en entonnoir. Selon encore une variante, le dispositif de réfrigération du diaphragme réfrigéré, configuré comme un serpentin, est couplé solidairement sur la partie inférieure de la structure en entonnoir à l'aide de platines d'ancrage. Selon une autre variante, le dispositif de réfrigération, du diaphragme 25 réfrigéré, comprend au moins deux plaques réfrigérantes couplées sur la partie supérieure et inférieure de la structure en entonnoir, à l'aide de platines d'ancrage. Fonctionnement 30 Le remplissage de la cuve est réalisé avec son couvercle supérieur ouvert et la soupape de décharge du CO2 fermée. Ainsi, le niveau monte dans toute la cuve jusqu'à atteindre la partie basse du diaphragme réfrigéré. A partir de ce moment, comme la soupape de décharge de CO2 est fermée 35 et le diaphragme réfrigéré est hermétique et solidairement uni aux parois intérieures de cette cuve, l'air occupant le volume qui se forme entre les parois extérieures du diaphragme réfrigéré et les parois intérieures de la cuve ne peut s'échapper et forme une chambre, qui ne peut pas être inondée car cela exigerait d'exercer une pression sur le fluide ou dans la cuve supérieure à un bar. ICG011282 FR Depot Texte.docx 4 Ensuite, le niveau du liquide continuera de monter par le diaphragme réfrigéré jusqu'à atteindre son niveau maximum de remplissage dans la cuve et la chambre se sature d'air. Au début de la fermentation et en maintenant la soupape de décharge du 5 CO2 fermée, durant le dit processus de fermentation et spontanément, une partie du CO2 généré sera stocké dans la chambre qui jusque-là était saturée d'air. A un moment donné, et sous contrôle d'un tableau automatique, pour contrôler la température de fermentation, le dispositif de réfrigération incorporé au diaphragme réfrigéré qui agit directement sur une zone critique, 10 d'accumulation de température plus élevée, se mettra en fonctionnement. En raison d'une augmentation incessante de pression de CO2 dans la chambre, il se produit un bouillonnement qui remonte vers la partie supérieure de la cuve en traversant le diaphragme réfrigéré et déplace le liquide qui est réfrigéré dans cette zone vers la partie inférieure de la masse solide ayant une accumulation maximale de température; une homogénéisation dans le processus de réfrigération est ainsi obtenue. Quand la chambre est saturée de CO2, la soupape de décharge de CO2 est ouverte pour évacuer le CO2 et permettre que le niveau du liquide dans la chambre monte, jusqu'à ce que cette dernière soit totalement inondée, parvenant ainsi à ce que la partie solide se mélange à la partie liquide, de sorte que, le dispositif de réfrigération du diaphragme étant en fonctionnement, on obtient une homogénéisation optimale dans le contrôle de la température, une homogénéisation absolument impossible avec les systèmes traditionnels. A partir de ce moment, la soupape de décharge est refermée de sorte que le CO2 généré durant la fermentation s'accumulera à nouveau dans la chambre et exercera de la pression sur le liquide qui, ne pouvant pas se comprimer, se déplacera progressivement vers le bas, jusqu'à ce que le CO2 occupe la capacité totale de la chambre de stockage. A ce moment, l'excès de CO2 bouillonnera vers la partie supérieure de la 30 cuve, revenant aux conditions initiales et le processus décrit se répètera cycliquement avec l'ouverture/fermeture de la soupape de décharge tant que la fermentation durera. Une personne experte en cette technique comprendra facilement qu'elle peut combiner des caractéristiques de différentes réalisations avec celles d'autres 35 éventuelles réalisations, à condition que cette combinaison soit techniquement possible. Avantages de l'invention Le diaphragme réfrigéré pour cuve de fermentation qui est présenté 40 apporte de nombreux avantages par rapport aux systèmes actuellement ICG011282 FR Depot Texte.docx 5 disponibles pour homogénéiser la fermentation, dont le plus important est son intégration à l'intérieur d'une cuve, incorporant un dispositif de réfrigération sur le périmètre extérieur du dit diaphragme, offrant une grande performance dans le contrôle de la température car sa conception et sa situation permettent une 5 utilisation énergétique optimale durant le processus de fermentation. Un autre avantage est que, dans une réalisation alternative, le diaphragme réfrigéré incorpore un serpentin couplé sur la partie inférieure du diaphragme réfrigéré au travers de platines d'ancrage. Comme avantage, il faut ajouter que dans une autre réalisation alternative, 10 le diaphragme réfrigéré incorpore au moins deux plaques réfrigérantes qui communiquent avec la partie supérieure du diaphragme et sont fixées à sa structure à l'aide de platines d'ancrage. Description des figures 15 Afin de mieux comprendre l'objet de la présente invention, sur le plan joint en annexe, une réalisation pratique préférée est représentée: La figure - 1 - montre une vue d'élévation et en plan du diaphragme réfrigéré pour cuve de fermentation La figure - 2 - montre une vue d'élévation du diaphragme dans une 20 réalisation alternative La figure - 3 - montre une vue d'élévation du diaphragme réfrigéré dans une autre réalisation alternative La figure - 4 - montre en coupe, le diaphragme réfrigéré incorporé à l'intérieur d'une cuve de fermentation 25 Les figures - 5 à 9 - présentent les différentes phases de la fermentation au travers du diaphragme réfrigéré à l'intérieur d'une cuve. Réalisation préférée de l'invention La constitution et les caractéristiques de l'invention pourront mieux se 30 comprendre avec la description suivante réalisée en référence aux figures jointes. Comme on peut l'observer, la figure 1 illustre le diaphragme réfrigéré 1 composé d'une structure en entonnoir 2, signalant la partie supérieure et la partie inférieure ouvertes, signalant un dispositif de réfrigération 4 incorporé à son périmètre extérieur configuré comme un serpentin. 35 Les raccords 5 destinés au raccordement avec l'installation 17 de fluide réfrigérant 16 sont signalés. La figure 2 illustre un diaphragme réfrigéré 1A composé d'une structure en entonnoir 2, signalant la partie supérieure et la partie inférieure ouvertes, signalant un dispositif de réfrigération 4A basé sur un serpentin couplé à la partie 40 inférieure du diaphragme réfrigéré 1A à l'aide de platines d'ancrage 3. ICG011282 FR Depot Texte.docx 6 Les raccords 5 destinés au raccordement à l'installation 17 de fluide réfrigérant 16 sont signalés. La figure 3 illustre un diaphragme réfrigéré 1B composé d'une structure en entonnoir 2, signalant la partie supérieure et la partie inférieure, signalant un 5 dispositif de réfrigération 4B basé sur au moins deux plaques réfrigérantes, communiquées avec la partie supérieure et inférieure du diaphragme réfrigéré 1B et fixées à sa structure à l'aide de platines d'ancrage 3. Les raccords 5 destinés au raccordement à l'installation 17 de fluide réfrigérant 16 sont signalés. 10 La figure 4 présente une cuve 6 comprenant à l'intérieur un diaphragme réfrigéré 1 uni solidairement et sur tout le périmètre aux parois de cette dernière, entre le fond inférieur et la partie supérieure de la cuve 6, formant une chambre 8 destinée à retenir le gaz carbonique CO2 10 produit durant la fermentation. Il est également signalé une soupape de décharge 7 de CO2 10, 15 communiquée d'un côté avec la zone supérieure de la cuve 6 et de l'autre côté avec la chambre 8. Le diaphragme réfrigéré 1 est illustré en communication avec l'installation 17 de fluide réfrigérant 16 au travers de raccords 5 incorporés à la partie supérieure et inférieure du diaphragme réfrigéré 1. 20 De même, la cuve 6 est présentée pleine dans sa partie supérieure, la soupape de décharge 7 de CO2 10 fermée, le niveau de fluide 11 montant dans la cuve 6 jusqu'à atteindre la partie basse du diaphragme réfrigéré 1. A partir de ce moment, comme la soupape de décharge 7 de CO2 10 est fermée et que le diaphragme réfrigéré 1 est hermétique et solidairement uni aux 25 parois intérieures de la dite cuve 6, l'air 9 qui occupe le volume se formant entre les parois extérieures du diaphragme réfrigéré 1 et les parois intérieures de la cuve reste prisonnier dans la chambre 8, qui ne peut être inondée car pour ce faire, il faudra exercer une pression sur le fluide 11 ou dans la cuve 6, supérieure à un bar. Ensuite, le niveau de fluide 11 continue de monter par le diaphragme réfrigéré 1 jusqu'à atteindre son niveau maximum de remplissage dans la cuve 6, la chambre 8 est donc saturée d'air 9. La figure 5 illustre une cuve 6 qui incorpore à l'intérieur un diaphragme réfrigéré 1 signalant sur ce diaphragme une zone critique 12 de plus grande 35 accumulation de température durant la fermentation, signalant aussi le raccordement de ce dernier avec l'installation 17 de fluide réfrigérant 16. De même, la soupape de décharge 7 de CO2 10 est signalée, ainsi que la masse solide 14 le fluide 11 et le gaz CO2 10 généré durant la fermentation qui s'accumule dans la chambre 8 et les bulles 13 qui se produisent par 40 bouillonnement issu de la fermentation. ICG011282 FR Depot Texte.docx 7 La dite figure 5 illustre le début de la fermentation, maintenant la soupape de décharge 7 du CO2 10 fermée, une partie de ce gaz généré spontanément durant le processus de fermentation s'accumulera progressivement dans la chambre 8, se produisant simultanément à l'intérieur du diaphragme réfrigéré 1 5 une zone critique 12 de plus grande accumulation de température. En même temps, des bulles 13 générées par un bouillonnement issu de la fermentation sont illustrées en ascension et se mélangeant à la masse solide 14. La figure 6 illustre une cuve 6 comprenant à l'intérieur un diaphragme réfrigéré 1 signalant dans ce diaphragme une zone critique 12 de plus grande 10 accumulation de température durant la fermentation, signalant son raccordement à l'installation 17 de fluide réfrigérant 16 activée. De même, la soupape de décharge 7 de CO2 10 est signalée, ainsi que la masse solide 14 le fluide 11 et le gaz CO2 10 généré durant la fermentation, qui s'accumule dans la chambre 8 et les bulles 13 produites par un bouillonnement 15 issu de la fermentation. Cette figure 6 illustre le dispositif de réfrigération actif, refroidissant la zone critique 12 d'accumulation de plus haute température, permettant qu'une partie du fluide 11 contenu dans la partie inférieure de la cuve 6 s'écoule vers la masse solide 14 au travers de la zone critique 12 homogénéisant la température de 20 fermentation. La figure 7 illustre la cuve 6 qui incorpore à l'intérieur un diaphragme réfrigéré 1 signalant le raccordement de ce dernier à l'installation 17 du fluide réfrigérant 16. La soupape de décharge 7 de CO2 10 est aussi signalée ainsi que la 25 masse solide 14 le fluide 11 et le gaz CO2 10 généré durant la fermentation et qui s'accumule dans la chambre 8 durant la fermentation. Cette figure 7 illustre une augmentation incessante d'accumulation de pression de CO2 10 dans la chambre 8, générant un bouillonnement qui remonte vers la partie supérieure de la cuve 6, traversant le diaphragme réfrigéré 1 et 30 déplaçant le fluide 11 qui est refroidi dans cette zone, vers la partie inférieure de la masse solide 14 qui a une accumulation maximale de température, obtenant ainsi une homogénéisation dans le processus de réfrigération. La figure 8 illustre la cuve 6 qui incorpore à l'intérieur un diaphragme réfrigéré 1 signalant la masse solide 14 contenue à l'intérieur du propre 35 diaphragme réfrigéré 1, signalant le raccordement de ce dernier à l'installation 17 de fluide réfrigérant 16. Cette figure 8 illustre la décharge de CO2 10 de la chambre 8 au travers de la soupape de décharge 7, permettant que le niveau du liquide 11 monte dans la chambre 8 l'inondant complètement, et le liquide 11 est donc mélangé à la 40 masse solide 14. ICG011282 FR Depot Texte.docx 8 La figure 9 illustre la cuve 6 qui incorpore à l'intérieur un diaphragme réfrigéré 1 signalant la masse solide 14 contenue à l'intérieur du propre diaphragme réfrigéré 1, signalant le raccordement de ce dernier à l'installation 17 de fluide réfrigérant 16 activée. 5 Cette figure 9 montre comment la masse solide 14 parvient à se mélanger à la partie liquide 11 et l'installation 17 de fluide réfrigérant 16 étant active, l'homogénéisation optimale du contrôle de la température est ainsi obtenue, ce qui est absolument impossible avec les systèmes traditionnels. A partir de ce moment, la soupape de décharge 7 est refermée, de sorte 10 que le CO2 10 qui se génère durant la fermentation s'accumule à nouveau progressivement dans la chambre 8, de telle façon que le CO2 10 exercera de la pression sur le liquide 11 qui, ne pouvant pas être comprimé, se déplacera progressivement vers le bas, jusqu'à ce que le CO2 10, occupe la capacité totale de la chambre d'accumulation 8. 15 A ce moment précis, l'excès de CO2 10 bouillonnera vers la partie supérieure de la cuve 6, revenant aux conditions initiales et le processus décrit se répètera cycliquement avec l'ouverture/fermeture REVENDICATIONS1. Diaphragme réfrigéré pour cuve de fermentation, caractérisé en ce que ce diaphragme réfrigéré (1, 1A ou 1B) comprend une structure en entonnoir (2), ouverte tant sur sa partie supérieure que sur sa partie inférieure et fermée sur le périmètre, comprenant un dispositif de réfrigération (4, 4A ou 4B), avec des segments de raccordement (5) de couplage à une installation (17) de fluide réfrigérant (16). 2. Diaphragme réfrigéré pour cuve de fermentation, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réfrigération (4) du diaphragme réfrigéré (1) est couplé solidairement sur le périmètre extérieur de la structure en entonnoir (2). 3. Diaphragme réfrigéré pour cuve de fermentation, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réfrigération (4A) du diaphragme réfrigéré (1A), configuré comme un serpentin, est couplé solidairement sur la partie inférieure de la structure en entonnoir (2) à l'aide de platines d'ancrage (3). 4. Diaphragme réfrigéré pour cuve de fermentation, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réfrigération (4B), du diaphragme réfrigéré (1B), comprend au moins deux plaques réfrigérantes couplées sur la partie supérieure et inférieure de la structure en entonnoir (2), à l'aide de platines d'ancrage (3). ICG011282 FR Depot Texte.docx