CH648927A5 - Procede de refroidissement, dispositif pour la mise en oeuvre du procede et application de ce dernier. - Google Patents

Description

L'invention concerne le refroidissement de produits en vrac. Jusqu'à maintenant, on a proposé différents moyens de refroidissement de produits en vrac, qui consistent généralement en des tunnels à isolation thermique associés à des moyens de refroidissement par exemple d'injection d'un fluide cryogène et un ou plusieurs tapis de transfert des produits en vrac déversés à une extrémité du tapis et recueillis à l'état refroidi à l'autre extrémité. Lorsqu'on utilise un seul tapis de transfert, on ne peut assurer un refroidissement efficace qu'en regard de la partie supérieure de la couche de produits en vrac sur le tapis et on ne doit pas, dans la plupart des cas, compter sur une répartition thermique en profondeur, car les produits en question sont généralement en contact insuffisant entre eux et possèdent d'ailleurs une mauvaise conductibilité thermique intrinsèque. Lorsqu'il s'agit de produits alimentaires, il n'est pas rare que ceux-ci, qui sont à l'état plus ou moins humide, en viennent à adhérer au tapis, ce qui conduit à des détériorations au cours de leur recueillement à la sortie du tunnel. Pour pallier ces inconvénients, on a bien proposé d'utiliser des tunnels à tapis multiples qui, par leur agencement, permettent également le retournement de produits en vrac sur eux-mêmes. Mais ces agencements sont de réalisation complexe et onéreux et ne permettent pas d'ailleurs de pallier la mauvaise conductibilité propre des produits.

On a proposé également d'amener des dispositifs de transfert jusqu'à immersion dans un bain de fluide cryogène, ce qui permet 5 d'assurer un transfert thermique dans toute la couche de l'énergie frigorifique. Mais ce genre de tunnel présente un mauvais rendement thermique du fait que l'essentiel de l'abaissement de la température est assuré par la chaleur latente de changement d'état du fluide cryogénique, qui est généralement de l'azote liquide.

io On a également proposé des agencements où on assure une flui-disation des produits en vrac avec un gaz qui peut être un gaz cryogénique. Mais ici, on se heurte aux inconvénients liés au principe de la fluidisation qui impose un calibre bien déterminé pour les produits à fluidifier, ce qui exclut la plupart des produits alimentaires, 15 sauf pour les réduire en particules de diamètre inférieur à 10 mm.

On a bien proposé d'utiliser un tambour monté à rotation axiale avec un moteur d'entraînement, une enceinte isolée thermiquement de forme allongée selon l'axe du tambour et l'enveloppant, des moyens d'injection d'un fluide frigorigène, généralement de la neige 20 carbonique, et des moyens de circulation gazeuse à l'intérieur de l'enceinte, mais les conditions structurelles de l'appareillage et opératoires sont telles que le rendement thermique est extrêmement défectueux, alors que l'appareillage est lui-même très coûteux.

Le but de l'invention est de créer un procédé et un dispositif de 25 refroidissement qui permettent d'assurer la surgélation en continu de produits alimentaires ou, d'une façon générale, le refroidissement de produits alimentaires ou industriels en vrac avec un transfert thermique particulièrement efficace dans la couche des produits où l'on traite toutes sortes de produits, quelles que soient leurs dimensions, 30 densité et/ou conductibilité thermique, où ce refroidissement est effectué de façon rapide et profonde sans pouvoir pour autant produire ni collage des produits, ni abrasion ou autre détérioration d'origine mécanique.

Dans ce but, l'invention comporte un procédé de refroidissement 35 de produits en vrac, du genre où les produits à refroidir sont déversés à une extrémité d'un tambour rotatif à axe horizontal et où on recueille les produits refroidis à l'autre extrémité, avec circulation d'un gaz réfrigérant au travers de la masse de produits en vrac, caractérisé en ce que la circulation du gaz réfrigérant est conformée en 40 un courant gazeux qui traverse en totalité ledit tambour selon une direction générale perpendiculaire à la direction de l'axe du tambour.

Un autre objet de l'invention est un dispositif pour la mise en œuvre du procédé, comportant un tambour monté en rotation axiale, un moteur d'entraînement du tambour, une enceinte isolée 45 thermiquement de forme allongée selon l'axe du tambour et l'enveloppant, des moyens de refroidissement et des moyens de circulation gazeuse à l'intérieur de l'enceinte, caractérisé en ce que l'enceinte est subdivisée longitudinalement en deux compartiments longitudinaux . par des parois s'étendant à contact d'étanchéité avec le tambour en 50 des zones circonférentiellement espacées, au moins une des parois comportant un passage dans lequel est monté un moyen de circulation gazeux, et en ce que le tambour comportées perforations réparties sur toute sa paroi cylindrique.

Enfin, le présent brevet porte aussi sur une application du 55 procédé à la surgélation de produits alimentaires.

La combinaison de mesures qui définit le dispositif permet d'obtenir, au travers de la couche qui est brassée par la rotation du tambour, une circulation gazeuse importante sans pour autant atteindre le niveau d'une fluidisation qui reste indésirable. De la sorte, 60 on assure un refroidissement rapide de produits en vrac, le cas échéant une surgélation rapide des produits alimentaires en vrac, essentiellement par l'effet de convection au travers de la couche de produits et l'on peut traiter ainsi toutes sortes de produits quelles que soient leur forme, leurs dimensions et leur nature. Du fait du 65 brassage dû au retournement des produits, on assure une meilleure homogénéisation de température à l'intérieur de la couche des produits et on évite, à coup sûr, les collages et autres détériorations préjudiciables à la bonne qualité des produits.

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Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:

— la fig. 1 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de réfrigération selon l'invention;

— la fig. 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne II-II de la fig. 1 ;

— la fig. 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de la fig. 1.

En se référant aux dessins annexés, un dispositif de réfrigération comporte dans une enceinte fermée 1 isolée thermiquement, de forme parallélépipédique rectangle allongée, un tambour à axe horizontal 2 monté d'un côté par un palier 3 sur une paroi d'enceinte 4 et d'un autre côté par un flasque d'extrémité 8 sur un arbre 5 dans un palier 6, l'arbre 5 s'étendant à l'extérieur de l'enceinte 1 et comportant un moyen d'entraînement dont on a représenté simplement le pignon moteur 7.

Du côté du palier 3 et au travers de la paroi d'enceinte 4 s'étend une goulotte de déversement 10 permettant l'admission en continu de produits en vrac. Du côté de l'autre paroi d'enceinte en regard 11, on a agencé un dispositif de recueillement permanent de produits traités qui comporte une goulotte de soutirage 12 en dessous du cylindre de tambour 2 qui se présente en regard d'une partie cylindrique restreinte 13 faisant corps avec le tambour 2, cette partie cylindrique restreinte 13 présentant une ou plusieurs ouvertures circonfé-rentiellement limitées 14, de sorte que, à chaque passage de l'ouverture 14 devant le débouché supérieur de la goulotte 12, du produit en vrac peut s'écouler dans cette goulotte 12. Le tambour 2 est perforé sur toute sa paroi cylindrique 15 d'un très grand nombre de perforations oblongues 16 dont la grande dimension s'étend selon la direction circonférentielle du tambour et dont la plus petite dimension est parallèle à l'axe du tambour. Du côté de la goulotte de soutirage 12 est agencée une canne de pulvérisation d'azote liquide 17 qui s'étend à l'intérieur de l'enceinte et qui est raccordée à une source d'azote sous pression non représentée.

L'enceinte 2 est subdivisée à son intérieur par un jeu de parois comportant une paroi verticale 20 située à faible distance d'une paroi latérale d'enceinte 21 et sur une hauteur suffisante, de façon à largement dépasser le niveau de l'arbre 22 du tambour 2. Au niveau de cet arbre 22, la paroi 20 comporte une extension horizontale 23 munie d'un balai 24 venant en contact avec la paroi externe du tambour 2, tandis que, dans une zone circonférentiellement espacée, le long du tambour 2, une seconde paroi 25 s'étend depuis la paroi latérale d'enceinte 26 sous la forme d'une feuille venant s'appliquer à frottement doux contre la paroi externe de tambour 2 dans le sens de la rotation F de ce tambour.

La paroi verticale 20 comporte une ouverture 30 dans laquelle est logée une couronne de pales 31 d'un ventilateur 32 dont le moteur est représenté en 33. On note également l'existence d'une virole 34 permettant d'assurer l'étanchéité de l'enceinte vers l'extérieur.

On constate que l'on a ainsi réalisé une subdivision de l'enceinte 1 en deux compartiments longitudinaux 40 et 50, le compartiment 40 recevant le flux de gaz propulsé par la couronne 31 du ventilateur 32 et le transférant au travers du tambour 2 selon la section offerte entre le balai 24 et l'extrémité de la paroi 25.

En fonctionnement, on constate donc que les produits en vrac 60 qui sont déversés en continu par la goulotte 10 et recueillis en continu par la goulotte de soutirage 12 sont, au cours de la rotation du tambour, placés sous la forme d'une couche telle que représentée à la fig. 2, qui s'étend pratiquement depuis l'extrémité du balai 24 jusqu'à l'extrémité de la paroi 25. On comprend donc que, avec cette disposition, tout le flux gazeux que les pales 31 du ventilateur 32 font circuler traverse les produits en vrac qui sont, simultanément, soumis à des mouvements de retournement répétés. Le gaz de con-vection est réfrigéré par l'azote liquide injecté par la canne 17 et,

bien entendu, on a prévu, en un endroit approprié, une soupape de surpression déversant à l'atmosphère l'excès de gaz résultant de l'admission d'azote liquide. Le gaz de réfrigération ayant traversé la couche de produits en cours de réfrigération s'échappe au travers de l'autre paroi du tambour et est aspiré à nouveau par le comparti-'ment-canal 50 ménagé entre la paroi 20 et la paroi d'enceinte 21 par le ventilateur 32. De préférence, ainsi qu'on l'a représenté à la fig. 1, il existe plusieurs moyens de circulation gazeuse tels que 32 et 32', de façon à obtenir une circulation essentiellement transversale du gaz refroidisseur. Le nombre de circulateurs tels que 32 et 32' est d'autant plus élevé que la longueur du tunnel est plus grande. On pourrait également faire en sorte que chaque ventilateur soit logé dans un compartiment particulier, grâce à l'aménagement de parois transversales telles que celle représentée en 70, à la fig. 1, qui décompose chacun des compartiments 40 et 50 en deux compartiments transversaux 40' et 40" et 50' et 50" et, bien entendu, dans ce cas, la disposition de la canne d'injection d'azote 17 doit être réalisée du côté de l'évacuation des produits, de façon à assurer ainsi un mouvement du gaz réfrigérant à contre-courant du mouvement de déplacement des produits dans le tambour de réfrigération 2.

Selon la forme de réalisation préférentielle, les perforations oblongues ont une extension dans le sens circonférentiel, ce qui présente un avantage important dans le fait que le balai 24 peut en assurer ainsi facilement le décolmatage continu évitant ainsi toute obturation par des particules des produits en vrac. On notera également que ce balai 24 sert non seulement à ce nettoyage permanent, mais également assure une étanchéité suffisante pour que l'essentiel du flux gazeux traverse les produits situés dans le tambour 2.

A titre complémentaire, on note que la largeur des trous oblongs 16 est adaptée à la taille du produit à refroidir, la longueur doit être d'au moins 3 fois la largeur pour permettre une bonne efficacité de la brosse de dégivrage 24.

Le taux de perforation optimal de la paroi de cylindre se situe entre 30 et 50%, l'objectif à atteindre devant en effet concilier

— et la résistance mécanique du tambour,

— et les pertes de charge compatible avec une bonne répartition du gaz mais sans excès, ce qui conduirait à une surconsommation énergétique de ventilation.

La vitesse de rotation du tambour 2 doit permettre une agitation suffisante du produit sans, toutefois, conduire à sa centrifugation. Une vitesse de 10 à 50 tr/min correspond bien à ces impératifs. La répartition du produit dans le tambour 2 s'effectue également avec cette agitation qui facilite entre autres le transport.

Le temps de séjour de produits dans le tambour dépend de l'opération que l'on souhaite effectuer. Il est en relation directe avec les caractéristiques physiques du produit. L'ajustement du temps de séjour peut être réalisé par les deux techniques suivantes

— inclinaison du tambour. Exemple: une inclinaison montante de 5 cm/m linéaire permet de doubler le temps de séjour,

— mise en place d'un obturateur circulaire à la sortie du tambour qui crée un seuil et permet ainsi d'augmenter le temps de séjour du produit.

La ventilation doit être de l'ordre de 2 à 5 m/s pour obtenir un bon coefficient de transfert de chaleur, tout en maintenant une énergie de ventilation acceptable. Il en résulte que la puissance totale de ventilation est donc, dans ce cas, de l'ordre de 5 à 10 W par kilo d'un produit alimentaire à surgeler ayant la forme géométrique d'un cube de 7 mm d'arête.

On précise que tout autre moyen de refroidissement peut être utilisé.

L'invention s'applique particulièrement à la surgélation de produits en vrac et notamment de produits agricoles solides de dimensions relativement petites, tels que par exemple:

— champignons entiers, en lamelles, en cubes,

— petits pois,

— carottes en rondelles,

— haricots verts,

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— pommes de terre coupées en frites ou en dés, Mais l'invention s'applique également à la réfrigération de tout

— fruits rouges, dont notamment les fraises, les myrtilles, les autre produit industriel en vrac, par exemple des pièces à fragiliser cassis, les groseilles. ou à ébavurer.

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2 feuilles dessins

Claims (9)

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1. Procédé de refroidissement de produits en vrac, du genre où les produits à refroidir sont déversés à une extrémité d'un tambour rotatif à axe horizontal et où on recueille les produits refroidis à l'autre extrémité, avec circulation d'un gaz réfrigérant au travers de la masse de produits en vrac, caractérisé en ce que la circulation du gaz réfrigérant est conformée en un courant gazeux qui traverse en totalité ledit tambour selon une direction générale perpendiculaire à la direction de l'axe du tambour.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dirige le courant gazeux de manière qu'il traverse le tambour dans une direction ascendante.

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REVENDICATIONS

3. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé de la revendication 1, comportant un tambour monté en rotation axiale, un moteur d'entraînement du tambour, une enceinte isolée thermiquement de forme allongée selon l'axe du tambour et l'enveloppant, des moyens de refroidissement, et des moyens de circulation gazeuse à l'intérieur de l'enceinte, caractérisé en ce que l'enceinte est subdivisée longitudi-nalement en deux compartiments longitudinaux par des parois s'étendant à contact d'étanchéité avec le tambour en des zones cir-conférentiellement espacées, au moins une des parois comportant un passage dans lequel est monté un moyen de circulation gazeux, et en ce que le tambour comporte des perforations réparties sur toute sa paroi cylindrique.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi à contact d'étanchéité avec le tambour comporte un balai longitudinal de contact avec le tambour.

5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les perforations du tambour ont une plus large extension dans la direction circonférentielle que dans la direction axiale du tambour.

6. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 5, caractérisé en ce que le rapport de la surface totale des perforations à la surface latérale du tambour est compris entre 30 et 50%.

7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enceinte est subdivisée transversalement en autant de compartiments transversaux qu'il y a de moyens de circulation gazeuse.

8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement consistent en moyens d'injection dans ladite enceinte d'un fluide frigorifique.

9. Application du procédé selon la revendication 1 à la surgêla-tion de produits alimentaires.