EP2257192A2 - Dispositif et procede de refroidissement ou surgelation par jets impactants de produits alimentaires - Google Patents

Dispositif et procede de refroidissement ou surgelation par jets impactants de produits alimentaires

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EP2257192A2
EP2257192A2 EP09721880A EP09721880A EP2257192A2 EP 2257192 A2 EP2257192 A2 EP 2257192A2 EP 09721880 A EP09721880 A EP 09721880A EP 09721880 A EP09721880 A EP 09721880A EP 2257192 A2 EP2257192 A2 EP 2257192A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
pressure
cooling
fluid
orifices
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09721880A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Didier Alo
Thierry Dubreuil
Antony Dallais
Giuseppe Pigorini
Robert Taylor
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP2257192A2 publication Critical patent/EP2257192A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D13/00—Stationary devices, e.g. cold-rooms
    • F25D13/06—Stationary devices, e.g. cold-rooms with conveyors carrying articles to be cooled through the cooling space
    • F25D13/067—Stationary devices, e.g. cold-rooms with conveyors carrying articles to be cooled through the cooling space with circulation of gaseous cooling fluid
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23B—PRESERVATION OF FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES; CHEMICAL RIPENING OF FRUIT OR VEGETABLES
    • A23B2/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general
    • A23B2/80—Freezing; Subsequent thawing; Cooling
    • A23B2/803—Materials being transported through or in the apparatus, with or without shaping, e.g. in the form of powders, granules or flakes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23B—PRESERVATION OF FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES; CHEMICAL RIPENING OF FRUIT OR VEGETABLES
    • A23B2/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general
    • A23B2/80—Freezing; Subsequent thawing; Cooling
    • A23B2/85—Freezing; Subsequent thawing; Cooling with addition of or treatment with chemicals
    • A23B2/88—Freezing; Subsequent thawing; Cooling with addition of or treatment with chemicals with direct contact between the food and the chemical, e.g. liquid N2 at cryogenic temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/11—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air with conveyors carrying articles to be cooled through the cooling space

Definitions

  • the present invention relates to industrial devices and methods for cooling or freezing food products.
  • the cooling of food products generally takes place through a convective exchange between a cold gas and the products.
  • the use of cryogenic fluids and fans is already known to industrialists who wish to carry out freezing of food.
  • a freezing or cooling technology is based on the fact that the products are cooled more rapidly if they are subjected to impacting jets of a cryogenic fluid. These impacting jets are created by overpressure above a perforated plate inducing an increase in the speed of the fluid at the holes of the plate. These devices are translated on an industrial scale by tunnels in which the overpressure above a perforated plate is generated by means for circulating the gas, for example a centrifugal fan, located above the carpet where the food products to cool.
  • the presence of moisture in the enclosure where the cooling takes place leads to the formation of frost and snow deposits in the case where the temperature of the cold gas is less than 0 ° C. In cryogenic tunnels, the temperature can reach -130 0 C.
  • the moisture comes from the products which are partially dehydrated and possibly by the presence of moist air mixing with the cold gas, especially in the case of open equipment as are the tunnels.
  • EP-1 621 830 is envisaged a means of remedying the icing phenomenon by the use of mechanical vibrations using a vibrator mounted on the plate having the orifices.
  • Other authors use heating systems to periodically defrost frosted surfaces.
  • the present invention aims to provide a device and a method for cooling food products equipped with means for preventing clogging by frost formation at the orifices forming impacting jets without the use of mechanical vibration or heating.
  • the invention proposes a device for cooling food products by impacting jets consisting of a tunnel comprising
  • a movable carpet at least one plate, located opposite (above or below said movable belt), and provided with through orifices, according to one of the preferred embodiments at least two plates, a top plate; and a lower plate, located parallel to each other on either side of said moving belt, at least one, preferably both, being provided with through holes,
  • At least one means for blowing a cold fluid comprising
  • a zone under pressure P2 between the plate (s) and the moving belt the pressure P1 being greater than the pressure P2, characterized in that it comprises means for varying the pressure in the pressure zone P1 and / or means for cooling and maintaining the temperature of the plate or plates to a temperature below about -80 ° C., preferably below -80 ° C.
  • the cold fluid can be cold air obtained by mechanical cold or a cryogenic fluid.
  • the cold fluid is a cryogenic fluid selected from the group comprising in particular nitrogen, carbon dioxide, oxygen, or air and mixtures thereof.
  • the cooling device according to the invention is preferably a freezing device for food products. Freezing is a means of freezing foods very fast. Freezing is, for the purpose of the present invention, a very rapid freezing of food. This technique is preferably used on an industrial scale when the food is flat or small, such as chopped steaks, pizzas or bacon. Indeed, the exchange surface of such foods is large, with a small thickness, which promotes rapid freezing.
  • the plate (s) with (or) through orifices are advantageously made of food grade stainless steel. These plates are tiltable and removable to facilitate cleaning after operation.
  • the through orifices of the plate may be of varied shape and in particular in the form of cylinders, rounds, slots, clovers or cones with chamfered or rounded edges.
  • the plates can be flat or 1 V shaped or corrugated.
  • the fluid blowing means is a centrifugal fan driven by a motor.
  • the means for varying the pressure in the pressure zone P1 and / or the means for cooling and maintaining the temperature of the plate or plates at a temperature below -80 0 C can prevent clogging of the plate orifices by frost formation without making the system more energy-intensive.
  • this device is characterized in that the means for cooling and maintaining the temperature of the plate or plates at a temperature below -80 ° C. are chosen from the group comprising a circuit heat exchanger attached to the plate, a plate acting as an exchanger (also called plate-exchanger), a cold fluid bath on the top of the plate (s) and combinations thereof.
  • the inventors have found that by lowering the temperature of the plate to a temperature below -80 ° C, the ice crystals do not adhere to the edges of the orifices, thereby preventing their clogging.
  • These cooling means are economical. Indeed, when the cooling of the plates is effected by means of an exchanger, and according to a preferred embodiment of the invention, the cryogenic fluid flowing through the exchanger is taken from the supply circuit of the equipment. cooling.
  • the cryogenic fluid contributes directly or indirectly to the cooling of the fluid that is in contact with the products.
  • the exchanger attached to the plate may be a tube attached to one or both sides of the plate in which circulates a cold fluid.
  • the exchangers preferably have a shape that allows them to pass as close to a maximum number of orifices, and thus promote the cooling of the plate around a maximum of orifices.
  • the exchanger attached to the plate has one or more passes necessary for cooling a maximum of through holes.
  • Another embodiment is to use a good heat-conducting material which would constitute the plate or would contact the plate so as to cool the edge of the orifices. This material would be cooled locally by a cooling circuit.
  • this exchanger attached to the plate has a shape and a connection to the plate such that the heat exchange is favored.
  • the cooling of the plate is best performed at the through holes and for a maximum of orifices.
  • the heat exchanger plate may be formed by a double plate baffled or not, for a better distribution of the cold fluid.
  • baffles makes it possible to prevent the fluid from taking preferential paths, and thus promotes the cooling of a maximum number of orifices.
  • the plate is provided with sufficiently high edges, of tubular orifices and means for regulating the level of the bath.
  • a device can prevent any overflow of the cold fluid through the through holes and on the edges of the plate.
  • the device can be designed in such a way that the fluid which is stirred within the pressurized zone P1 is cooled at the single contact of the cold plate.
  • the fluid arrives in the pressure zone P1 at an ambient temperature T1 and cools at a temperature T2 during its passage through the through orifices of the plate, which is at a temperature T3 of less than -80 ° C. C, T2 being between T1 and T3.
  • the means for cooling the fluid can be the cooling means of the plate.
  • the means for cooling and maintaining the plate at a temperature below -80 ° C have the advantage that they are easy to implement, especially on existing cooling devices and inexpensive because it is sufficient for humans of the trade to interchange conventional perforated plates with perforated plates with heat exchangers.
  • the device is characterized in that the means for varying the pressure are selected from the group comprising frequency converters, and pressurized reservoir balloons.
  • the variation of the pressure in the pressure zone P1 can be caused, according to a particular embodiment of the invention, by the variation of the blowing flow rate of the centrifugal fan. If the blower flow rate of the centrifugal fan increases, the pressure in the pressure zone P1 increases. In this case, to obtain a variation of the pressure in the pressure zone P1, the speed of the motor driving the centrifugal fan is varied in controlled proportions.
  • Another way of generating a variation of the pressure in the pressure zone P1 is to intermittently supply an additional quantity of pressurized fluid to the pressure zone P1.
  • This fluid can come from a pressure tank connected to the pressure zone P1 by means of releasing the pressure of the reservoir which are for example valves, or valves. The opening and closing of these release means are controlled so as to generate the desired pressure variation in the pressure zone P1.
  • the present invention also proposes a method of cooling by impacting jets of food products in which
  • the fluid is forced to pass through orifices of a plate and to impact the food product to be cooled, characterized in that the temperature of the plate is maintained at a temperature below about -80 ° C., preferably below - 90 0 C and more preferably still less than -100 0 C and / or that the pressure P1 of said fluid is varied as a function of time.
  • the cold fluid is a cryogenic fluid selected from the group comprising in particular nitrogen, carbon dioxide, oxygen, air and mixtures thereof.
  • the cooling method of the invention is a freezing process.
  • the variation of the pressure P1 is preferably short and of low amplitude, which has the advantage of being inexpensive in energy and of not requiring any major modification in the cooling device.
  • the pressure variation is a square-wave sequence whose amplitude is a pressure difference ⁇ P between a normal operating value and a chosen setpoint value lower or higher than the normal value, said pressure difference ⁇ P being between 10 and 1000 Pa, in particular between 200 and 800 Pa and preferably between 400 and 600 Pa, and whose duration during which the variation of the pressure is applied ⁇ t is between 1 and 60s, in particular between 2 and 30s and preferably between 5 and 15s.
  • the method of the invention is preferably implemented with the device described above. This pressure variation can be achieved by varying the flow rate of the cold fluid into the zone P1 of the device.
  • This pressure variation can thus be induced by the brief and sudden release of pressure from a pressurized flask connected to the pressure zone P1.
  • This release of pressure occurs when opening a release means such as a valve, or a valve.
  • the opening and closing of this pressure release means can be automated.
  • the method according to the invention has the advantageous characteristic of being able to be applied to existing cooling or freezing devices.
  • FIG. 1 is a sectional view of a cooling tunnel
  • FIG. 2 is a picture of the underside of a lower plate after operation of the cooling device according to example 1
  • FIG. 3 is a diagram of a cooling device. Part 4 of the plate used in Example 2
  • Figure 4 is a picture of the top of the bottom plate after operation of the device according to Example 2
  • Figure 5 is an operating chart diagram used in Example 3.
  • FIG. 6 is a photo of the top of the top plate after operation according to example 3
  • FIGS. 7a, 7b, 8, 9a and 9b are diagrams of cooling means of the plate according to particular embodiments of the invention. 'invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an impact jet cooling device according to the prior art.
  • This device consists of a tunnel 1 within which is disposed a movable belt 2 which allows to move food to freeze or cool, which are arranged on it, from one end to the other of said tunnel 1.
  • a movable belt 2 which allows to move food to freeze or cool, which are arranged on it, from one end to the other of said tunnel 1.
  • plates 3 Parallel and on both sides of said moving belt, plates 3 are present. These plates 3 have through holes 4 allowing the passage of a fluid.
  • Two zones can be distinguished.
  • the first, 5, called pressure zone P1 is delimited by the walls of the tunnel 1, the top of the upper plate 3a, the underside of the lower plate 3b and the separating elements of the pressure zones 6.
  • the second zone, 7 is called pressure zone P2 and is delimited by the walls of the tunnel 1, the underside of the upper plate 3a, the top of the lower plate 3b and the separating elements 6.
  • a centrifugal fan 8 In the upper part of the tunnel 1 and within the pressurized zone P1 5 is placed a centrifugal fan 8. Its role is to perform the blowing of the fluid within the pressure zone P1 5.
  • the centrifugal fan is driven by a motor 9 positioned with preferably out of tunnel 1.
  • a cold fluid inlet 10 is provided in the pressure zone P15.
  • the cold fluid which is supplied by the cold fluid inlet 10
  • the blowing means centrifugal fan 8 and motor 9
  • This blowing generates a pressure P1 in the pressure zone P1 5 which will force the cold fluid through the through holes 4 of the plates 3 with a relatively high speed.
  • the fluid is in the form of impacting jets that will impact the food placed on the moving carpet 2.
  • the cold fluid that has impacted the food on the moving carpet escapes through the pressure zone P2 7 which is open to the outside. It is understood that P1 is greater than P2 during operation of the device and P1 is equal to P2 when the device is not running. If the tunnel 1 is in a room under atmospheric pressure, then P2 is also the atmospheric pressure.
  • the invention proposes to add to the known device for cooling food, means for preventing such clogging.
  • FIG. 3 shows a diagram of an exchanger 1 1 attached to a plate 3 in order to maintain the temperature, at the through orifices 4, of less than -80 ° C.
  • This exchanger 11 is provided with a cold fluid inlet 12 and a cold fluid outlet 13. In order to optimize the heat exchange, the exchanger 11 performs several passes 14.
  • FIG. 7a and 7b show other patterns of exchanger devices reported to a plate.
  • the cold fluid is circulated near the through holes 4 of the plate 3 in a cold fluid circuit 15.
  • FIG. 8 shows another embodiment of the cooling and holding means of the plate at a temperature below -80.degree. C.
  • the cold fluid can not pass through the through holes 4.
  • FIGS. 9a and 9b A third embodiment of the means for cooling and maintaining the plate at a temperature below -80 ° C. is illustrated in FIGS. 9a and 9b. These figures are diagrams of an exchanger internal to the plate. This exchanger may be formed by a double plate secured to the through openings 4. A space between the two plates 15 allows the flow of cold fluid which enters through a feed end 12 and exits through a fluid extraction end cold 13.
  • Example 1 (comparative): Test of the freezing device without anti-clogging means according to the invention:
  • a device as described in FIG. 1 is used in which there is: a moving mat,
  • the steam generator is started for about 4 hours from the start of operation.
  • the temperature of the tunnel is maintained at -80 ° C.
  • the pressure in the pressure zone P1 is measured by means of a manometer or pressure sensor placed at the pressure zone P1 of the lower plate, and variations in the pressure curve indicating a partial blockage of the orifices.
  • Example 1 The device of Example 1 is used, which has been modified by fixing an exchanger under the lower plate allowing it to be maintained at a temperature of the order of -100 ° C. to a few centimeters of the exchanger tube during the operation.
  • This exchanger which is represented in FIG. 3, consists of two copper tubes of 14 mm diameter, pinned on two times 5 holes, and which are welded on two copper plates, themselves fixed under the lower perforated plate. . Thermal paste ensures better contact.
  • the exchanger is traversed by liquid nitrogen at -187 ° C approximately for cooling the plate.
  • the orifices cooled by the exchanger are the orifices of the rows 4 and 5 and lines 2 to 6 indexed in FIGS. 3 and 4.
  • the steam generator is turned on for the duration of the operation, ie 4 hours.
  • the pressure P1 is maintained at 550 Pa and the tunnel temperature at -60 ° C.
  • Example 3 Test of the freezing device with the variation of pressure as an anti-clogging means
  • Example 1 The device of Example 1 is used and the pressure is varied over time according to the sequence shown in FIG. 5.
  • the variation applied is in the form of slots whose amplitude ⁇ P enters a normal value of the pressure.
  • PN and a high value of the pressure PH is 500Pa.
  • the duration during which the zone under pressure P1 is subjected to the pressure PH is ⁇ t which corresponds to 10s.
  • the time between two slots is 5 minutes in Figure 5.
  • PN equal to 550 Pa and PH equal to 1330 Pa.
  • the tunnel temperature is maintained at -60 ° C.
  • the steam generator is operated for the duration of the test, ie 4 hours. After 4 hours of operation, we photograph the top plate seen from above ( Figure 6) and it is observed that snow has accumulated significantly on the plate but all the orifices remained free.

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Abstract

L'invention propose un dispositif de refroidissement ou de surgélation par jets impactants constitué d'un tunnel (1) comprenant un tapis mobile (2), au moins une plaque et préférentiel lement au moins deux plaques (3) situées parallèlement de part et d'autre dudit tapis mobile (2), l'une au moins, de préférence les deux, étant dotée(s) d'orifices traversants (4), et au moins un moyen de soufflage d'un fluide froid (8 et 9), ledit tunnel (1) comprenant une zone sous pression P1 (5) et une zone sous pression P2 (7), la pression P1 étant supérieure à la pression P2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier la pression dans la zone sous pression P1 et/ou des moyens de refroidissement et de maintien de la température de la ou des plaques à une température inférieure à environ - 80°C, de préférence inférieure à -90°C et plus préférentiellement inférieure encore à -100°C, et un procédé de refroidissement ou de surgélation par jets impactants de produits alimentaires.

Description

Dispositif et procédé de refroidissement ou surgélation par jets impactants de produits alimentaires
La présente invention concerne les dispositifs et procédés industriels de refroidissement ou de surgélation des produits alimentaires.
Le refroidissement des produits alimentaires s'opère en général par un échange convectif entre un gaz froid et les produits. L'utilisation de fluides cryogéniques et de ventilateurs est déjà connue des industriels qui souhaitent réaliser la surgélation des aliments.
Une technologie de surgélation ou de refroidissement se base sur le fait que les produits sont refroidis plus rapidement s'ils sont soumis à des jets impactants d'un fluide cryogénique. Ces jets impactants sont créés par surpression au dessus d'une plaque perforée induisant une augmentation de la vitesse du fluide au niveau des orifices de la plaque. Ces dispositifs se traduisent à l'échelle industrielle par des tunnels dans lesquels la surpression au dessus d'une plaque perforée est générée par un moyen de mise en circulation du gaz, un ventilateur centrifuge par exemple, situé au dessus du tapis où sont disposés les produits alimentaires à refroidir.
Cependant, la présence d'humidité dans l'enceinte où s'opère le refroidissement conduit à la formation de givre et à des dépôts de neige dans le cas où la température du gaz froid est inférieure à 00C. Dans les tunnels cryogéniques, la température peut atteindre -1300C. L'humidité provient des produits qui se déshydratent partiellement et éventuellement par la présence d'air humide se mélangeant avec le gaz froid, notamment dans le cas des équipements ouverts comme le sont les tunnels.
Lorsque le mode de convection est fondé sur la mise en vitesse du gaz froid au travers d'orifices (de formes circulaires, oblongs, rectangulaires, etc.), les dépôts de neige ou de cristaux de glace ont tendance à se produire sur les bords de ces orifices. Il en résulte une obstruction plus ou moins importante pouvant aller jusqu'à boucher complètement les orifices. La réduction de la section de passage des orifices modifie les caractéristiques de débit du gaz froid, ce qui perturbe le processus de refroidissement, pouvant aller jusqu'au dysfonctionnement.
Dans la demande de brevet EP-1 621 830, est envisagé un moyen de remédier au phénomène de givrage par l'utilisation de vibrations mécaniques à l'aide d'un vibreur monté sur la plaque comportant les orifices. D'autres auteurs utilisent des systèmes de chauffage pour dégivrer périodiquement des surfaces givrées.
Cependant, ces moyens sont consommateurs d'énergie et difficiles à mettre en œuvre.
La présente invention vise à proposer un dispositif et un procédé de refroidissement de produits alimentaires équipé de moyens pour éviter le colmatage par formation de givre au niveau des orifices formant les jets impactants sans utilisation de vibration mécanique ni de chauffage.
A cet effet, l'invention propose un dispositif de refroidissement de produits alimentaires par jets impactants constitué d'un tunnel comprenant
• un tapis mobile, • au moins un plaque, située en regard (au dessus ou bien au dessous dudit tapis mobile), et dotée d'orifices traversants, selon un des modes de mise en œuvre préférés au moins deux plaques, une plaque supérieure et une plaque inférieure, situées parallèlement de part et d'autre dudit tapis mobile, l'une au moins, de préférence les deux, étant dotée(s) d'orifices traversants,
• et au moins un moyen de soufflage d'un fluide froid, ledit tunnel comprenant
• une zone sous pression P1 au dessus de la ou des plaque(s) supérieure(s) et/ou au dessous de la ou des plaque(s) inférieure(s),
• et une zone sous pression P2 entre la ou les plaques et le tapis mobile, la pression P1 étant supérieure à la pression P2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant de faire varier la pression dans la zone sous pression P1 et/ou des moyens de refroidissement et de maintien de la température de la ou des plaques à une température inférieure à environ -800C, de préférence inférieure à -
90°C et plus préférentiellement encore inférieure à -100°C.
Le fluide froid peut être de l'air froid obtenu par froid mécanique ou bien un fluide cryogénique.
De manière préférée, le fluide froid est un fluide cryogénique choisi dans le groupe comprenant notamment l'azote, le dioxyde de carbone, l'oxygène, ou encore l'air et leurs mélanges.
Le dispositif de refroidissement selon l'invention est de préférence un dispositif de surgélation des produits alimentaires. La surgélation est un moyen de congélation très rapide des aliments. La surgélation est, au sens de la présente invention, une congélation très rapide des aliments. Cette technique est utilisée préférentiellement à l'échelle industrielle lorsque les aliments sont plats ou de petites taille, comme par exemple des steaks hachés, des pizzas ou des lardons. En effet, la surface d'échange de tels aliments est grande, avec une épaisseur faible, ce qui favorise une congélation rapide.
Dans le dispositif de l'invention, la ou les plaques dotée(s) d'orifices traversants sont avantageusement en acier inoxydable de qualité alimentaire. Ces plaques sont inclinables et démontables afin de faciliter leur nettoyage après fonctionnement. A titre purement illustratif, les orifices traversants de la plaque peuvent être de forme variée et notamment en forme de cylindres, de ronds, de fentes, de trèfles ou encore de cônes avec des bords chanfreinés ou arrondis. Les plaques peuvent être planes ou en forme de 1V ou encore ondulées. De façon courante mais non limitative, le moyen de soufflage du fluide est un ventilateur centrifuge entraîné par un moteur.
Les moyens pour faire varier la pression dans la zone sous pression P1 et/ou les moyens de refroidissement et de maintien de la température de la ou des plaques à une température inférieure à -800C permettent d'éviter le colmatage des orifices de la plaque par formation de givre sans rendre le système plus coûteux en énergie.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que les moyens de refroidissement et de maintien de la température de la ou des plaques à une température inférieure à -800C sont choisis dans le groupe comprenant un circuit échangeur rapporté sur la plaque, une plaque faisant office d'échangeur (appelée aussi plaque - échangeur), un bain de fluide froid sur le dessus de la plaque(s) et leurs combinaisons.
De façon surprenante et paradoxale, les inventeurs ont trouvé qu'en abaissant la température de la plaque à une température inférieure à -80°C, les cristaux de glace n'adhéraient pas sur les bords des orifices, empêchant de ce fait leur colmatage. Ces moyens de refroidissement sont économiques. En effet, lorsque le refroidissement des plaques s'effectue au moyen d'un échangeur, et selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le fluide cryogénique traversant l'échangeur est prélevé sur le circuit d'alimentation de l'équipement de refroidissement. Le fluide cryogénique contribue directement ou indirectement au refroidissement du fluide qui est en contact avec les produits.
Ces moyens de refroidissement sont faciles à mettre en œuvre : l'échangeur rapporté sur la plaque peut être un tube fixé sur l'une ou les deux faces de la plaque au sein duquel circule un fluide froid. Les échangeurs présentent de préférence une forme qui leur permet de passer au plus près d'un nombre maximum d'orifices, et d'ainsi favoriser le refroidissement de la plaque autour d'un maximum d'orifices.
Selon une réalisation particulière de l'invention, l'échangeur rapporté sur la plaque présente une ou plusieurs passes nécessaires au refroidissement d'un maximum d'orifices traversants. Une autre réalisation consiste à utiliser un matériau bon conducteur de la chaleur qui constituerait la plaque ou serait en contact de la plaque de manière à refroidir le bord des orifices. Ce matériau serait refroidi localement par un circuit refroid isseur. En outre, cet échangeur rapporté sur la plaque présente une forme et une liaison à la plaque telle que l'échange thermique est favorisé. On peut envisager à titre d'exemple l'utilisation d'une soudure adaptée de par sa forme et ses matériaux que l'homme du métier sera à même de définir et/ou l'utilisation d'une pâte thermique.
Il est préférable que le refroidissement de la plaque s'effectue au mieux au niveau des orifices traversants et pour un maximum d'orifices. Ainsi, la plaque-échangeur peut être formée par une double plaque chicanée ou non, pour une meilleure distribution du fluide froid. L'utilisation de chicanes permet d'éviter que le fluide n'emprunte des chemins préférentiels, et favorise ainsi le refroidissement d'un maximum d'orifices.
Selon un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention qui utiliserait un bain de fluide froid comme moyen de refroidissement et de maintien de la plaque à une température inférieure à -800C, la plaque est munie de bords suffisamment hauts, d'orifices de forme tubulaire et d'un moyen de régulation du niveau du bain. Un tel dispositif peut permettre d'éviter tout débordement du fluide froid au travers des orifices traversants et sur les bords de la plaque. Selon un mode de réalisation particulier, et dans le but de réduire d'autant plus les coûts en énergie, le dispositif peut être conçu de telle manière que le fluide qui est brassé au sein de la zone sous pression P1 est refroidi au seul contact de la plaque froide. Dans ce mode de réalisation, le fluide arrive dans la zone sous pression P1 à une température ambiante T1 et se refroidit à une température T2 lors de son passage au niveau des orifices traversants de la plaque qui est à une température T3 inférieure à - 800C, T2 étant compris entre T1 et T3. Ainsi, le moyen de refroidissement du fluide peut être le moyen de refroidissement de la plaque.
Les moyens de refroidissement et de maintien de la plaque à une température inférieure à -80°C présentent l'avantage qu'ils sont faciles à mettre en œuvre, notamment sur des dispositifs de refroidissement existants et peu coûteux car il suffit à l'homme du métier d'intervertir des plaques perforées classiques avec des plaques perforées dotées d'échangeurs thermiques. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif est caractérisé en ce que les moyens pour faire varier la pression sont choisis dans le groupe comprenant des variateurs de fréquence, et des ballons réservoirs sous pression.
La variation de la pression dans la zone sous pression P1 peut être provoquée, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, par la variation du débit de soufflage du ventilateur centrifuge. Si le débit de soufflage du ventilateur centrifuge augmente, la pression dans la zone sous pression P1 augmente. Dans ce cas, pour obtenir une variation de la pression dans la zone sous pression P1 , on fait varier la vitesse du moteur entraînant le ventilateur centrifuge selon des proportions contrôlées.
Une autre façon de générer une variation de la pression dans la zone sous pression P1 , est de fournir par intermittence une quantité supplémentaire de fluide sous pression à la zone sous pression P1. Ce fluide peut provenir d'un réservoir sous pression relié à la zone sous pression P1 par des moyens de libération de la pression du réservoir qui sont par exemple des vannes, ou clapets . L'ouverture et la fermeture de ces moyens de libération sont commandées de sorte à engendrer la variation de pression souhaitée dans la zone sous pression P1 .
Ces deux moyens pour faire varier la pression dans la zone sous pression présentent l'avantage de pouvoir être utilisés sur des équipements existants de refroidissement d'aliments.
La présente invention propose aussi un procédé de refroidissement par jets impactants de produits alimentaires dans lequel
• on refroidit un fluide,
• on met le fluide sous pression P1
• on force le fluide à traverser des orifices d'une plaque et à impacter le produit alimentaire à refroidir, caractérisé en ce que l'on maintient la température de la plaque à une température inférieure à environ -80°C, de préférence inférieure à - 900C et plus préférentiellement encore inférieure à -1000C et/ou que l'on fait varier la pression P1 dudit fluide en fonction du temps. Selon un mode de réalisation préféré de ce procédé, le fluide froid est un fluide cryogénique choisi dans le groupe comprenant notamment l'azote, le dioxyde de carbone, l'oxygène, l'air et leurs mélanges.
De façon avantageuse, le procédé de refroidissement de l'invention est un procédé de surgélation.
La variation de la pression P1 est de préférence brève et de faible amplitude ce qui présente l'avantage d'être peu coûteux en énergie et de ne pas nécessiter de modification importante dans le dispositif de refroidissement. De préférence, la variation de pression est une séquence en créneau dont l'amplitude est une différence de pression ΔP entre une valeur normale de fonctionnement et une valeur de consigne choisie inférieure ou supérieure à la valeur normale, ladite différence de pression ΔP est comprise entre 10 et 1000 Pa, notamment entre 200 et 800 Pa et de préférence entre 400 et 600 Pa, et dont la durée pendant laquelle la variation de la pression est appliquée Δt est comprise entre 1 et 60s, notamment entre 2 et 30s et de préférence entre 5 et 15s.
Le procédé de l'invention est mis en œuvre préférentiel lement avec le dispositif décrit ci-dessus. Cette variation de pression peut être réalisée par variation du débit de soufflage du fluide froid dans la zone P1 du dispositif.
Cette variation de pression peut être ainsi induite par la libération brève et soudaine de pression venant d'un ballon sous pression relié à la zone sous pression P1 . Cette libération de pression intervient lorsqu'on ouvre un moyen de libération comme par exemple une vanne, ou un clapet . L'ouverture et la fermeture de ce moyen de libération de pression peuvent être automatisées.
Le procédé selon l'invention présente la caractéristique avantageuse de pouvoir s'appliquer à des dispositifs de refroidissement ou de surgélation existants.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'un tunnel de refroidissement, la figure 2 est une photo du dessous d'une plaque inférieure après fonctionnement du dispositif de refroidissement selon l'exemple 1 , la figure 3 est un schéma de dispositif de refroidissement partiel de la plaque utilisé dans l'exemple 2, la figure 4 est une photo du dessus de la plaque inférieure après fonctionnement du dispositif selon l'exemple 2, - la figure 5 est un schéma de graphique de fonctionnement utilisé dans l'exemple 3, la figure 6 est une photo du dessus de la plaque supérieure après fonctionnement selon l'exemple 3, les figures 7a, 7b, 8, 9a et 9b sont des schémas de moyens de refroidissement de la plaque selon des modes de réalisation particuliers de l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de refroidissement par jets impactant selon l'art antérieur. Ce dispositif est constitué d'un tunnel 1 au sein duquel est disposé un tapis mobile 2 qui permet de déplacer les aliments à surgeler ou à refroidir, qui sont disposés dessus, d'un bout à l'autre dudit tunnel 1 . Parallèlement et de part et d'autre dudit tapis mobile, des plaques 3 sont présentes. Ces plaques 3 sont dotées d'orifices traversants 4 permettant le passage d'un fluide. Au sein du tunnel 1 , deux zones peuvent être distinguées. La première, 5, appelée zone sous pression P1 , est délimitée par les parois du tunnel 1 , le dessus de la plaque supérieure 3a, le dessous de la plaque inférieure 3b et des éléments séparateurs des zones de pression 6. La deuxième zone, 7, est appelée zone sous pression P2 et se délimite par les parois du tunnel 1 , le dessous de la plaque supérieure 3a, le dessus de la plaque inférieure 3b et les éléments séparateurs 6. Dans la partie supérieure du tunnel 1 et au sein de la zone sous pression P1 5 est placé un ventilateur centrifuge 8. Elle a pour rôle de réaliser le soufflage du fluide au sein de la zone sous pression P1 5. Le ventilateur centrifuge est entraîné par un moteur 9 positionné de préférence hors du tunnel 1 . De plus, une arrivée de fluide froid 10 est prévue dans la zone sous pression P1 5.
Lorsque le dispositif de la figure 1 est en fonctionnement, le fluide froid, qui est fourni par l'arrivée de fluide froid 10, est brassé par le moyen de soufflage (ventilateur centrifuge 8 et moteur 9). Ce soufflage génère une pression P1 dans la zone sous pression P1 5 qui va forcer le fluide froid à traverser les orifices traversants 4 des plaques 3 avec une vitesse relativement importante. A la sortie des orifices traversants 4, le fluide se présente sous forme de jets impactants qui vont s'impacter sur les aliments disposés sur le tapis mobile 2. Le fluide froid ayant impacté les aliments présents sur le tapis mobile s'échappe ensuite par la zone sous pression P2 7 qui est ouverte sur l'extérieur. Il est bien entendu que P1 est supérieure à P2 pendant le fonctionnement du dispositif et que P1 est égale à P2 quand le dispositif n'est pas en marche. Si le tunnel 1 se trouve dans une pièce sous pression atmosphérique, alors P2 est aussi la pression atmosphérique.
Quand on met en œuvre le dispositif décrit ci-dessus en présence d'humidité fournie par un générateur de vapeur tel que décrit dans l'exemple 1 qui suit, on observe comme sur la figure 2, que les orifices traversants 4 des plaques 3 sont colmatés par formation de givre. Ce phénomène est représentatif du phénomène réel qui se produit lors du refroidissement ou de la surgélation de produits alimentaires à échelle industrielle. L'humidité résiduelle présente dans le tunnel et l'humidité provenant des aliments provoquent le colmatage des orifices, ce qui oblige les techniciens à arrêter le fonctionnement du dispositif pour procéder au nettoyage des plaques et orifices.
L'invention se propose de rajouter au dispositif connu de refroidissement d'aliments, des moyens pour éviter un tel colmatage.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, de tels moyens peuvent se traduire par des moyens de refroidissement et de maintien de la plaque à une température inférieure à -800C comme illustré sur la figure 3 et dans l'exemple 2 qui suit. Sur la figure 3, est représenté un schéma d'un échangeur 1 1 rapporté sur une plaque 3 dans le but de maintenir la température, au niveau des orifices traversants 4, inférieure à -800C. Cet échangeur 11 est pourvu d'une entrée de fluide froid 12 et d'une sortie de fluide froid 13. De façon à optimiser l'échange thermique, l'échangeur 11 effectue plusieurs passes 14.
Les figures 7a et 7b montrent d'autres schémas de dispositifs échangeurs rapportés à une plaque. Le fluide froid est amené à circuler à proximité des orifices traversants 4 de la plaque 3 selon un circuit de fluide froid 15. Sur ces figures, on voit bien que le tuyau est fixé sur la plaque tout proche du bord des orifices et sa section est telle qu'elle permet un échange thermique maximal avec la plaque. La figure 8 représente un autre mode de réalisation des moyens de refroidissement et de maintien de la plaque à une température inférieure à - 800C. Sur cette figure, on dispose d'une plaque 3 à bords hauts 16 et dont les orifices de la plaque 3 sont de préférence tubulaires 4 de façon à réaliser un bain de fluide froid 17. Ainsi, le fluide froid, ne peut pas passer au travers des orifices traversants 4.
Un troisième mode de réalisation des moyens de refroidissement et de maintien de la plaque à une température inférieure à -800C est illustré sur les figures 9a et 9b. Ces figures sont des schémas d'un échangeur interne à la plaque. Cet échangeur peut être formé par une double plaque solidarisée au niveau des orifices traversants 4. Un espace entre les deux plaques 15 permet la circulation du fluide froid qui entre par une extrémité d'alimentation 12 et qui sort par une extrémité d'extraction du fluide froid 13.
Exemples :
Exemple 1 (comparatif) : Essai du dispositif de surgélation sans moyen anti-colmatage conforme à l'invention :
On utilise un dispositif tel que décrit sur la figure 1 dans lequel on a : • un tapis mobile,
• deux plaques perforées supérieure et inférieure présentant des orifices traversants de forme ronde, de diamètre 18 mm et un entraxe de 104 mm.
• une distance entre la plaque et le tapis mobile de 7 cm, • un ventilateur centrifuge entraîné par un moteur,
• de l'azote gazeux à -70 °C, comme fluide cryogénique, fourni par une rampe située dans la zone sous pression P1,
• un générateur de vapeur d'eau équipé d'un tuyau dont l'extrémité est fixée au centre du tapis et dirigée vers la zone de reprise des gaz pour générer artificiellement du givre.
Le générateur de vapeur est mis en route pendant environ 4 heures à partir du début du fonctionnement. On maintient la température du tunnel à -800C.
Au cours du fonctionnement, on mesure la pression dans la zone sous pression P1 au moyen d'un manomètre ou capteur de pression placé au niveau de la zone sous pression P1 de la plaque inférieure et on observe des variations dans la courbe de pression indiquant un bouchage partiel des orifices.
Après 4 heures de fonctionnement, on photographie les plaques (plaque inférieure vue de dessous à la Figure 2) et on observe que les plaques sont complètement obstruées par la neige et que de la glace se trouve au centre des orifices.
Exemple 2 : Essai du dispositif de surqélation avec le refroidissement de la plaque comme moyen anti-colmatage
On utilise le dispositif de l'exemple 1 que l'on a modifié en fixant un échangeur sous la plaque inférieure permettant le maintien de celle- ci à une température de l'ordre de -1000C à quelques centimètre du tube échangeur pendant le fonctionnement.
Cet échangeur, qui est représenté sur la figure 3, consiste en deux tubes de cuivre de diamètre 14 mm, montés en épingle sur deux fois 5 trous, et qui sont soudés sur deux plaques de cuivre, elles-mêmes fixées sous la plaque perforée inférieure. De la pâte thermique assure un meilleur contact.
L'échangeur est traversé par de l'azote liquide à -187°C environ permettant le refroidissement de la plaque. Les orifices refroidis par l'échangeur sont les orifices des rangées 4 et 5 et des lignes 2 à 6 indicés sur les figures 3 et 4.
On met en route le générateur de vapeur pendant toute la durée du fonctionnement soit 4 heures.
On maintient la pression P1 à 550 Pa et la température du tunnel à - 600C.
Après 4 heures de fonctionnement, on photographie la plaque inférieure vue de dessus. La photographie obtenue est donnée en figure 4. Sur cette photographie, on observe que les orifices de la plaque inférieure les plus proches de l'échangeur ne sont pas bouchés. Ce sont les orifices des rangées 4 et 5 et des lignes 2 à 6, c'est-à-dire les orifices dont les bords sont refroidis par l'échangeur.
Exemple 3 : Essai du dispositif de surgélation avec la variation de pression comme moyen anti-colmatage
On utilise le dispositif de l'exemple 1 et l'on fait varier la pression au cours du temps selon la séquence représentée sur la figure 5. La variation appliquée est sous forme de créneaux dont l'amplitude ΔP entre une valeur normale de la pression PN et une valeur haute de la pression PH est de 500Pa. La durée pendant laquelle la zone sous pression P1 est soumise à la pression PH est Δt qui correspond à 10s. Le temps entre deux créneaux est de 5 minutes sur la figure 5. On choisit PN égale à 550 Pa et PH égale à 1330 Pa.
La température du tunnel est maintenue à -600C. On fait fonctionner le générateur de vapeur pendant toute la durée de l'essai soit 4 heures. Après 4 heures de fonctionnement, on photographie la plaque supérieure vue de dessus (Figure 6) et on observe que de la neige s'est accumulée de façon importante sur la plaque mais que l'ensemble des orifices est resté libre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de refroidissement de produits alimentaires par jets impactants constitué d'un tunnel (1 ) comprenant
• un tapis mobile (2),
• au moins une plaque, située en regard au dessus ou bien au dessous dudit tapis mobile, et dotée d'orifices traversants, préférentiellement au moins deux plaques (3), une plaque supérieure (3a) et une plaque inférieure (3b), situées parallèlement de part et d'autre dudit tapis mobile (2), l'une au moins, de préférence les deux, étant dotée d'orifices traversants (4),
• et au moins un moyen de soufflage d'un fluide froid (8 et 9), ledit tunnel comprenant
• une zone sous pression P1 (5) au dessus de la ou des plaque(s) supérieure(s) (3a) et/ou au dessous de la ou des plaque(s) inférieure(s) (3b),
• et une zone sous pression P2 (7) entre la ou les plaques (3) et le tapis mobile (2), la pression P1 étant supérieure à la pression P2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de variation de la pression dans la zone sous pression P1 et/ou des moyens de refroidissement et de maintien de la température de la ou des plaques à une température inférieure à environ -80°C, de préférence inférieure à -900C et plus préférentiellement encore inférieure à -1000C.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide froid est un fluide cryogénique choisi dans le groupe comprenant notamment l'azote, le dioxyde de carbone, l'oxygène, l'air et leurs mélanges.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement est un dispositif de surgélation.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement et de maintien de la température de la plaque à une température inférieure à -80°C sont choisis dans le groupe comprenant un circuit échangeur rapporté sur la plaque, une plaque - échangeur, un bain de fluide froid et leurs combinaisons.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fluide cryogénique traversant l'échangeur est prélevé sur le circuit d'alimentation de l'équipement de refroidissement.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de variation de la pression sont choisis dans le groupe comprenant des variateurs de fréquence, et des ballons réservoirs sous pression.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de soufflage est un ventilateur centrifuge (8) entraînée par un moteur (9).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de refroidissement du fluide est le moyen de refroidissement de la plaque.
9. Procédé de refroidissement par jets impactants de produits alimentaires dans lequel
• on refroidit un fluide,
• on met le fluide sous pression P1 ,
• on force le fluide à traverser des orifices d'une plaque et à impacter le produit alimentaire à refroidir, caractérisé en ce que l'on maintient la température de la plaque à une température inférieure à environ -800C, de préférence inférieure à -900C et plus préférentiellement encore inférieure à -1000C. et/ou que l'on fait varier la pression P1 dudit fluide en fonction du temps.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le fluide froid est un fluide cryogénique choisi dans le groupe comprenant notamment l'azote, le dioxyde de carbone, l'oxygène, l'air et leurs mélanges.
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le procédé de refroidissement est un procédé de surgélation.
12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 1 1 , caractérisé en ce que la variation de pression est une séquence en créneau dont l'amplitude est une différence de pression ΔP entre une valeur normale de fonctionnement et une valeur de consigne choisie inférieure ou supérieure à la valeur normale, ladite différence de pression ΔP étant comprise entre 10 et 1000 Pa, notamment entre 200 et 800 Pa et de préférence entre 400 et 600 Pa, et dont la durée pendant laquelle la variation de la pression est appliquée Δt est comprise entre 1 et 60s, notamment entre 2 et 30s et de préférence entre 5 et 15s.
13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre avec un dispositif tel que décrit dans l'une des revendications 1 à 8.
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